Когда отношение числа зубьев колеса к числу заходов фрезы выражено целым числом, например при нарезании зубчатого колеса с числом зубьев 22 двухзаходной фрезой, то каждый из заходов фрезы нарезают только определенные впадины зубьев, четные или нечетные при каждом обороте заготовки. Поэтому ошибки шага и профиля между заходами фрезы будут переданы определенным зубьям вовремя зубофрезерования.
Следующим важным условием является отношение между числом заходов фрезы и числом стружечных канавок, которое не должно быть кратным. Для уменьшения погрешности профиля зубьев колеса при фрезеровании многозаходными фрезами необходимо, чтобы эти фрезы имели больше стружечных канавок. Чтобы при этом не уменьшилась эффективная ширина зуба фрезы, следует увеличить наружный диаметр.
В связи с созданием новых, более жестких зубофрезерных станков применение многозаходных фрез с каждым годом возрастает. В большинстве случаев многозаходные фрезы применяют при предварительном зубофрезеровании под последующее шевингование или шлифование. При чистовом нарезании многозаходные фрезы используют там, где точность является второстепенным условием, например для обработки звездочек, зубчатых венцов маховика и т. д.
При выборе параметров червячной фрезы необходимо учитывать ряд факторов.
Преимущества большого диаметра фрезы: возможно большее число зубьев и меньшая нагрузка на зубья фрезы, что позволяет повысить производительность станка, более высокая точность огибающих резов.
Преимущества малого диаметра фрезы: небольшие длина врезания и путь перебега фрезы, а также более высокая частота вращения фрезы повышают производительность и уменьшают нагрузку на станок.
При обработке зубчатых колес в массовом и крупносерийном производстве экономично применять длинные червячные фрезы, они имеют большой срок службы. В мелкосерийном производстве из-за более низкой стоимости применяют короткие фрезы.
При нарезании зубчатых колес с углом наклона зубьев свыше 20° целесообразно применять фрезы с заборным конусом. Такие фрезы уменьшают путь врезания, работают без передвижки в одном положении. Угол заборного конуса выбирают так, чтобы все его зубья участвовали в резании. На какой стороне фрезы должна быть выполнена заборная часть, зависит от направления подъема винтовой линии фрезы, направления линии зуба колеса, способа фрезерования (с попутной или встречной подачей). Косозубые колеса с правым направлением линии зуба предпочтительнее нарезать правозаходными червячными фрезами, а с левым направлением - левозаходными фрезами.
Особенно большое значение для повышения эффективного использования червячной фрезы имеет устройство для автоматического перемещения ее вдоль оси. В процессе резания зубья фрезы снимают различную по величине стружку в зависимости от ее положения относительно оси обрабатываемого колеса. Одни зубья снимают большой слой металла, другие небольшой, а многие вообще не участвуют в резании. Зубья нагружены по-разному, поэтому износ их также различен. Более нагруженные режущие кромки зубьев имеют большой износ. В процессе заточки в один размер сошлифовываются как изношенные зубья, так и те, которые не участвовали в резании. Чтобы устранить этот недостаток (полностью использовать все зубья фрезы), разработано устройство для автоматического перемещения фрезы. Фреза периодически перемещается вдоль оси на определенную величину после обработки одного колеса, пакета или партии зубчатых колес.
4.Основные направления повышения производительности червячного зубофрезерования
Повысить производительность зубофрезерования можно за счет увеличения скоростей главного движения резания и движения подачи, уменьшения длины рабочего хода фрезы, увеличение числа его заходов.
1. Возможности увеличения скорости главного движения резания.
Универсальным средством повышения скорости главного движения резания является улучшение свойств инструментальных материалов. Для червячных фрез это направление может быть реализовано за счет применения высококачественных быстрорежущих сталей и твердых сплавов. Практически используется только первое направление. Червячные фрезы изготавливают из сталей, легированных молибденом, кобальтом, ванадием (Р6М5К5, Р6К10, Р9М4К8, Р9К5, Р8М3К6С и т.д.), эксплуатируются при скоростях главного движения 70 м/мин, что в 2 раза выше по сравнению с обычной быстрорежущей сталью (Р6М5, Р9).
Что же касается оснащения червячных фрез твердым сплавом, то это направление не нашло широкого применения по ряды причин, основными из которых являются:
- трудности, связанные с изготовлением и заточкой таких фрез,
- большинство серийных зубофрезерных станков не рассчитаны на скорости главного движения, при которых работает твердый сплав,
- твердый сплав обладает значительно меньшей прочностью, чем быстрорежущая сталь, что может привести к выкрашиванию режущих кромок в процессе его эксплуатации,
- стоимость фрез.
2. Возможность уменьшения длины рабочего хода фрезы
При обработке штучных заготовок весьма значительными могут быть затраты на врезание инструмента, в таких случаях рекомендуется осуществлять обработку комбинированным движением подачи: радиальным - для врезания и продольным - для основной обработки.
Длина рабочего хода при таком цикле обработки не зависит от диаметра инструмента, что является весьма важным при использовании червячных фрез большого диаметра. Применение червячных фрез большого диаметра при сравнительно малой ширине зубчатого венца дает возможность осуществлять обработку без продольной подачи, т.е. использовать принцип наикратчайшего рабочего хода.
Однако, при работе без продольной подачи по дну впадины и на боковых сторонах зубьев образуется вогнутость, что позволяет использовать данный способ лишь для изготовления колес невысокой степени точности или для предварительной обработки, например, под последующее шевингование зубьев.
Уменьшение длины рабочего хода в расчете на одну заготовку достигается также при обработке зубчатых колес «пакетом».
3. Увеличение числа заходов фрезы с целью повышения производительности
Для повышения производительности зубофрезерования можно использовать многозаходные фрезы. Однако, при этом следует учитывать неизбежность увеличения огранки профиля зуба колеса и тенденцию к снижению точности обработки вследствие уменьшения числа резов при профилировании боковой стороны зубьев.
Увеличивая диаметр фрезы и соответственно число её зубьев, можно компенсировать этот недостаток, но увеличение диаметра инструмента снижает производительность. Однако, следует учитывать, что снижение производительности за счет увеличения диаметра фрезы протекает медленнее, чем увеличение производительности за счет увеличения числа заходов, поэтому червячные многозаходные фрезы большого диаметра следует считать весьа прогрессивным инструментом. При его использовании целесообразно принять меры по повышению производительности за счет снижения длины пути врезания. Для этого можно применить схему обработки с радиальным врезанием, либо (для предварительной обработки узковенцовых колес) работать лишь с одним радиальным движением подачи.
При использовании многозаходных фрез необходимо учитывать ограничения, связанные с делительной червячной парой станка: увеличение числа заходов сопровождается соответствующим увеличением числа оборотов делительного червяка, что приводит к повышенному износу зубьев червячного колеса и потере его точности. Особенно это сказывается при обработке колес с малым числом зубьев.
Повышение производительности зубофрезерования при использовании фрез с нестандартной геометрией режущей части
При обработке колес стандартным инструментом нагрузка, приходящаяся на различные зубья фрезы оказывается весьма неравномерной. Наибольшая нагрузка приходится на зубья, вступающие в резания первыми, поскольку они работают по целому металлу. Последующие зубья фрезы оказываются менее нагруженными, т.к. работают по части спрофилированной впадине.
Повышенная нагрузка на первые, вступающие в работу, зубья фрезы обуславливает необходимость снижения скорости подачи инструмента, т.к. в противном случае период стойкости фрезы резко сократится. Следовательно, повышение производительности зубофрезерования можно обеспечить за счет рационального распределения нагрузки на зубья фрезы, позволяющего существенно увеличить скорость радиальной () и осевой () подачи инструмента. С этой целью применяют фрезы с измененной формой образующей заходной части. Наиболее простым технологическим решением является изготовление фрез с конической заходной частью, аналогично той, которая имеется у метчиков.
У такой фрезы первые вступающие в работу зубья будут иметь несколько меньшую высоту профиля, что снизит приходящуюся на них нагрузку. Использование таких фрез особенно эффективно при обработке крупномодульных колес с большим числом зубьев, когда угол перекрытия в станочном зацеплении сравнительно велик и зона контакта фрезы с заготовкой возрастает.
Использование фрез с измененной формы образующей для обработки колес малого и среднего модулей со сравнительно небольшим числом зубьев нецелесообразно, поскольку небольшой эффект повышения производительности не перекроет затрат, связанных с расчетом, изготовлением и эксплуатацией таких фрез. Следует к тому же учитывать, что фрезы с измененной формой образующей заходной части являются фактически фрезами определенной установки и не позволяют осуществлять перемещение инструмента вдоль его оси для повышения периода стойкости.
зубофрезерование червячная фреза станок
5. Зубофрезерные станки и их основные технические характеристики
Согласно принятой в отечественном станкостроении классификации металлорежущих станков каждая модель станка обозначается шифром, состоящим из нескольких цифр в сочетании с буквами. Первая цифра шифра обозначает группу, к которой относится станок. Так, зубообрабатывающие станки Относятся к 5-й группе, поэтому первой цифрой в шифре зубообрабатывающих станков является цифра 5. Вторая цифра в шифре станка характеризует его тип.
Группа зубообрабатывающих станков подразделяется на девять типов: 1 - зубодолбежные и зубострогальные станки для обработки цилиндрических колес; 2 - зубострогальные и зуборезные станки для конических колес; 3 - зубофрезерные станки для цилиндрических и червячных колес; 4 - зубофрезерные станки для червячных колес; 5 - станки для обработки торцов зубьев (зубозакругляющие, зубофасочные); 6 - резьбообрабатывающие станки (для обработки червяков); 7-зубоотделочные (шевинговальные, зубопритирочные), контрольно-обкатные и обкатные станки;8 - зубошлифовальные станки; 9 - зубохонинговальные и другие зубообрабатывающие станки.
Буква, стоящая после первой цифры шифра, указывает на то, что данная модель станка модернизирована. Последняя буква шифра обозначает, что данная модель является модернизацией базовой модели и имеет специальные изменения для выполнения определенных работ.
В зависимости от уровня точности нарезаемых зубчатых колес станки разделены на следующие классы точности: Н - нормальной точности; П - повышенной точности; В - высокой точности; А - особо высокой точности; С - особо точный.
Цилиндрические зубчатые колеса можно изготовлять 6-8-й степени точности - на станках нормальной точности, 3-4-й степени - на станках повышенной точности, червячные колеса - на станках свыше З-й степени точности.
Зубофрезерные станки выпускают двух типов: универсальные и продукционные.
Универсальные станки имеют широкие технологические возможности, при небольшой специализации на них можно изготовлять зубчатые колеса с конусными и бочкообразными зубьями и червячные колеса. Эти станки в основном используют в мелкосерийном и серийном производстве. Для сокращения времени на наладку современные зубофрезерные станки изготавляют с ЧПУ (числовым программным управлением).
Продукционные станки используют для работы в крупносерийном и массовом производстве. Современные станки этой группы имеют высокую статическую и динамическую жесткость за счет повышенной массы (1 ,21,5 Т на модуль), точную и короткую кинематическую цепь, повышенную мощность главного электродвигателя (1,8-2,5 кВт на модуль). У этих станков длинные и широкие направляющие, гидростатические подшипники в ответственных узлах, шариковые винты с гайкой для осуществления подач, большая длина осевого перемещения фрезы (160-180 мм), обильное охлаждение (200400 л/мин), хорошие условия отвода теплоты и вытяжные устройства для отвода масляного тумана, образующегося при резании.
Станки позволяют работать на повышенных режимах резания: и=60-80 м/мин и подаче S0=3-6 мм/об с применением многозаходных фрез.
В зависимости от расположения оси обрабатываемой детали зубофрезерные станки разделяют на станки с вертикальной и горизонтальной компоновкой. В современных станках с вертикальной компоновкой стол с заготовкой неподвижен, по горизонтальным направляющим перемещается левая стойка с червячной фрезой. Станки с неподвижным столом удобны и надежны для автоматизации и встраивания в автоматические линии. Обеспечивается высокая жесткость системы: стол, магазин, заготовка и постоянный уровень расположения заготовки при загрузке и разгрузке.