НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ НАРЕЗАНИЯ КОЛЕС ЧЕРВЯЧНЫМИ ФРЕЗАМИ

Схемы фрезерования.

Зубофрезерование, как и другие виды фрезерования, можно осуществить по схеме встречного или попутного фрезерования.

Схемы зубофрезерования

При встречном фрезеровании направление скорости резания противоположно (встречно) направлению подачи заготовки (рис. 24, а). Подача осуществляется сверху вниз. Зуб фрезы в начале резания срезает тонкую стружку, наибольшая ее толщина достигается при выходе зуба фрезы из заготовки.

При попутном фрезеровании, направление скорости резания совпадает (попутно) с направлением подачи заготовки (рис. 24, б). Подача осуществляется снизу вверх. Зуб фрезы начинает срезать стружку при наибольшей ее толщине.

В современных зубофрезерных станках предусматривается возможность попутного фрезерования, позволяющего повысить скорость резания на 20—25%, увеличить стойкость фрезы, более равномерно нагружая ее зубья, и уменьшить шероховатость поверхности нарезаемых зубьев.

Рнс. 24. Схемы зубофрезерования:

а — встречное; 6 — попутное; 1 — подача фрезы; 2 — направление скорости резания


Диагональное зубофрезерование.

Диагональное зубофрезерование заключается в том, что для обеспечения более равномерного износа фрезы вдоль зубьев и повышения ее стойкости наряду с вертикальной подачей фреза имеет периодическую или непрерывную осевую подачу. Для этого зубофрезерные станки оснащают соответствующими механизмами. На станках мод. 5К32 можно осуществить диагональное нарезание прямозубых колес дополнительной настройкой гитары осевой подачи фрезы и дифференциала. Более подробно этот метод описан в различных работах; например, Лоскутов В. В., Ничков А. Г. Зубообрабатывающие станки. М.: Машиностроение, 1978.

Качество обработки.

При нарезании колес червячными фрезами на зубофрезерных станках общего назначения без дополнительной отделки могут быть достигнуты 6—7-я степени точности (по ГОСТ 1643—81) при условии применения прецизионных фрез, особо точной установки фрезы и детали. При работе в обычных условиях достигаются 8—9-я степени точности по ГОСТ 1643—81.

Причины погрешностей колес при нарезании на зубофрезерных станках приведены в табл. 15.

15. Источники погрешностей зубчатых колес при нарезании их на зубофрезерных станках

Источники погрешностей зубчатых колес

Примечания: 1. Влияние точности установки инструмента и заготовки не учтено.

2. Знак «+» означает, что погрешность станка и инструмента влияет на точность нарезаемого колеса по указанному показателю.


Параметр шероховатости боковых поверхностей зубьев, нарезанных червячной фрезой, от Rz = 10-40 мкм до Ra = 2,5-2,0 мкм (по ГОСТ 2789—73*). Он зависит от обрабатываемого материала, состояния инструмента и станка, смазочно-охлаждающей жидкости, режимов резания (главным образом от подачи) и модуля. При обработке червячными фрезами неизбежна огранка в результате формирования зуба колеса рядом последовательных резов и волнистость боковой поверхности зуба с шагом, равным подаче Sо. Огранку и волнистость можно определить по графикам, приведенным на рис. 25.

Огранка и волнистость зуба колеса

Рис. 25. Номограмма для расчета:

а — высоты огранки hг; б — высоты волнистости hs (сплошные линии — однозаходный инструмент; штриховые — двухзаходный инструмент)


Припуск на чистовое нарезание равен (0,1—0,15). В некоторых случаях при изготовлении менее точных колес с модулем до 5 мм или при обработке с последующим шевингованием зубья можно фрезеровать за один проход.

При изготовлении колес в ряде случаев чистовую обработку зубьев ведут на специальных станках.

Основное время (в мин) одного прохода при нарезании колес червячной фрезой определяют по формуле:

Время одного прохода при нарезании колес червячной фрезой

где В — ширина нарезаемого венца, мм; l — глубина врезания фрезы, мм; l1 — перебег, мм; ZR — число нарезаемых зубьев; n — частота вращения фрезы, об/мин; So — осевая подача фрезы на оборот стола, мм/об; k — число заходов фрезы; L — общая длина хода фрезерного суппорта, мм; Sm — минутная подача фрезы, мм/мин.

Глубину врезания для прямозубых колес определяют по формуле:

Формула глубина врезания для прямозубых колес

где De — диаметр фрезы, мм; t — глубина фрезерования, мм.

Величина врезания и перебег червячных фрез при нарезании цилиндрических колес

Перебег l1 для прямозубых колес обычно принимают равным 3—5 мм, для косозубых колес l1 = Зm tg (BПи — w) + (З-5) мм. Значения глубины врезания и перебега червячных фрез приведены в табл. 16.

Для снижения времени врезания рекомендуется производить не осевое, а радиальное врезание (сближение фрезы и заготовки в процессе резания до требуемой глубины фрезерования с последующим переключением станка на осевую подачу). Основное время можно определить после назначения режимов резания.

Стойкость фрезы и режимы резания.

Червячные фрезы изнашиваются по задней поверхности зубьев, на которой появляется фаска износа (рис. 26). Изношенные фрезы перетачивают по передней поверхности зубьев, а в случае большого износа зубья перешлифовывают по всему профилю. Поэтому во избежание чрезмерного расхода инструмента и повышения трудоемкости переточек износ не должен превышать допускаемых значений.

Износ зуба червячной фрезы

Рис. 26. Износ зуба червячной фрезы:

1 — по задней поверхности; 2 — по боковой поверхности; 3 — по передней поверхности; б — наибольшая ширина фаски износа


При чистовых операциях от износа фрез зависит точность нарезаемых колес и шероховатость поверхности зуба. Рекомендуемые значения износа даны в табл. 17.

17. Износ фрез, мм

Износ фрезы

При чистовой обработке колес 6-й степени точности и точнее допускаемый износ не должен превышать 0,05 мм.

Стойкость Т фрезы — основное (машинное) время ее работы между переточками — зависит от обрабатываемого материала и режимов резания. Если фактическая стойкость инструмента велика, это значит, что режимы резания занижены, следовательно, производительность операции занижена. При слишком малых значениях стойкости расход инструмента возрастает ввиду частых его переточек, и повышаются затраты времени на его замену. Рекомендуются следующие значения стойкости червячных фрез:

Модуль, мм ...... , 4 б 8 12 >16 и более
Стойкость Т, ч ..... 4 б 8 12 16

Во время чистового прохода замена фрезы недопустима. Следовательно, стойкость фрезы должна быть не менее машинного времени, требуемого для чистовой обработки одного крупного колеса.

Фреза изнашивается неравномерно по длине, а часть зубьев, не участвующая в резании, не изнашивается совсем. Поэтому стойкость фрезы может быть повышена за счет ее осевых перемещений (рис. 27, табл. 18), при которых вводятся в работу незатупленная и малозатупленная части фрезы. Расстояние Л, соответствующее начальной установке фрезы, принимают равным 1,4 В при нарезании прямозубых колес и 2 В при обработке косозубых колес.

Осевое перемещение червячной фрезы

Схема осевых перемещений червячной фрезы

Рис. 27. Схема осевых перемещений червячной фрезы

1 — направление перемещения фрезы.


При чистовой обработке число возможных переточек в 2-3 раза больше. Числа возможных переточек червячных фрез в зависимости от модуля указаны в табл. 19.

Эти данные рассчитаны исходя из того, что при переточках зуб фрезы может быть срезан на величину, равную 0,3 окружного шага фрезы.

19. Число переточек червячных фрез

Осевое перемещение червячной фрезы

Режимы резания определяют в следующей последовательности: выбирают стойкость фрезы, число4 проходов и подачу; определяют скорость резания и частоту вращения фрезы; проверяют мощность резания и определяют основное время.

Выбор стойкости фрезы. При заданном инструменте наибольшее влияние на фактическую стойкость фрезы оказывает твердость материала обрабатываемой заготовки, скорость резания, подача, модуль и припуск.

В целях повышения производительности операции при заданной стойкости инструмента выгодно увеличивать подачу, соответственно снижая скорость резания.

Выбор числа проходов (глубины фрезерования). Полную обработку зуба следует производить не более чем на два-три прохода. Если ввиду недостаточной мощности или жесткости станка приходится производить два черновых прохода, то глубину фрезерования принимают обычно при первом проходе t= 1,4 m, при втором t = 0,8 m. При черновом проходе желательно прорезать впадину почти на всю глубину (для этого необходимо применять черновую фрезу с зубьями уменьшенной толщины), чтобы чистовая фреза лишь слегка работала наружными режущими кромками. При фрезеровании колес с последующим шевингованием или шлифованием обычно применяют обработку за один проход.

Припуск на толщину зуба следует оставлять минимальным, чтобы при чистовом проходе были обеспечены требуемые точность и шероховатость поверхности зуба. Припуск выбирают в зависимости от диаметра нарезаемого колеса, обычно он равен (0,1—0,15) т, В некоторых случаях для повышения качества обработки колес больших модулей указанный припуск срезают за два чистовых прохода (после одного чернового прохода).

При чистовом зубофрезеровании крупномодульных колес припуск можно определить по табл. 20.


20. Глубина резания при чистовом зубонарезании червячной фрезой

Глубина резания при чистовом зубонарезании червячной фрезой

Выбор подачи. Для обеспечения более высокой производительности следует работать с возможно большими подачами. При черновом проходе подача обычно ограничивается ввиду вибрации фрезерного суппорта, возникающей при недостаточной жесткости системы станок-деталь—фрезы, а при чистовом — шероховатостью поверхности нарезаемых зубьев.

В зависимости от жесткости станка (табл. 21) и модуля иарезаемого колеса, а также от материала, конструкции фрезы и наклона зуба по табл. 22 можно выбрать подачу для чернового нарезания. Для чистового нарезания подачу можно выбирать по табл. 23.

Скорость резания определяют исходя из ранее принятых значений подачи и стойкости, с учетом свойств обрабатываемого материала, модуля колеса и других условий работы. В табл. 24 приведены значения скорости резания, рассчитанной по формуле

Значения скорости резания

где Т — стойкость фрезы, ч; Cv — коэффициент, зависящий главным образом от обрабатываемого материала (для стали 43 НВ 190 при m >= 6 Cv = 120), При m < 6 показатель степени при m равен нулю.


21. Группы вертикальных зубофрезерных станков в порядке возрастания жесткости

Группы вертикальных зубофрезерных станков в порядке возрастания жесткости

22. Подачи при черновом нарезании колес червячными фрезами

Подачи при черновом нарезании колес червячными фрезами

Примечания:

1. Наименьшие значения подач принимать для колео с малым числом зубьев при врезании и нежестком креплении заготовки.

2. При работе корригированными фрезами на жестких станках значения подачи умножать на коэффициент 1,5 — 1,8.

3. При твердости материала нарезаемых колес НВ < 220 поправочный коэффициент Ks1 = 1,0, при НВ < 320 Ks1 = 0,7.

4. Ниже приведены поправочные коэффициенты в зависимости;

от угла наклона зуба колеса

Угол наклона, град ...... 0 До 30 До 45
KS2 ............................. 1.0 0,8 0,65

от числа заходов фрезы

Kзах ............. 1 2 3
Ks3...............1,0 0,7 0,5


23. Подача при чистовом нарезании зубьев червячными фрезами

Подача при чистовом нарезании зубьев червячными фрезами

По этой формуле можно определить влияние различных факторов на стойкость инструмента. Если скорость резания увеличить в 2 раза, то стойкость уменьшится примерно в 8 раз. Если подачу повысить в 2 раза, то стойкость снижается в 3 раза. При увеличении модуля в 2 раза стойкость снижается в 1,3 раза. Увеличение твердости заготовки на 20 % может привести к уменьшению стойкости в 2—3 раза.

Поправочные коэффициенты для других условий обработки приведены в табл. 25—28. Зависимость между скоростью резания о (в м/мин), частотой вращения (в об/мин) и диаметром фрезы De выражается формулами

Зависимость между скоростью резания, частотой вращения и диаметром фрезы

По этим формулам, или по данным табл. 29, или по номограмме (рис. 28) по расчетной скорости резания определяют требуемую частоту вращения фрезы и принимают ближайшую фактическую, которую необходимо получить на данном станке.

При чистовом нарезании закаленных колес рекомендуются режимы, приведенные в табл. 30.

Мощность (в кВт) резания при черновом нарезании зубьев червячной фрезой

Мощность резания при черновом нарезании зубьев червячной фрезой

где Cn равно 0,12 для стали и 0,06 для чугуна.

Значения мощности резания приведены в табл. 24, Мощность Nст, расходуемая электродвигателем станка, связана с мощностью резания N зависимостью

где n = 0,4—0,5 — коэффициент полезного действия зуборезного станка.

Полученное по формуле значение Nст не должно превышать фактическую мощность главного электродвигателя станка.

24. Скорость и мощность резания при черновом нарезании зубьев червячной фрезой

Скорость и мощность резания при черновом нарезании зубьев червячной фрезой

25. Поправочные коэффициенты в зависимости от механических свойств материала (см. табл. 24)

Поправочные коэффициенты в зависимости от механических свойств материала

26. Поправочные коэффициенты в зависимости от химического состава материала (см. табл. 24)

Поправочные коэффициенты в зависимости от химического состава материала

27. Поправочные коэффициенты в зависимости от числа заходов фрезы (см. табл. 24)

Поправочные коэффициенты в зависимости от числа заходов фрезы

28. Поправочные коэффициенты в зависимости от вида обработки (см. табл. 24)

Поправочные коэффициенты в зависимости от вида обработки

Рис. 28. Номограмма для определения частоты вращения фрезы на станке 5К324 в зависимости от ее диаметра и скорости резания

Номограмма для определения частоты вращения фрезы на станке 5К324 в зависимости от ее диаметра и скорости резания

29. Частота вращения фрезы в зависимости от скорости резания и диаметра фрезы

Частота вращения фрезы в зависимости от скорости резания и диаметра фрезы

30. Скорость резания при чистовом нарезании стальных закаленных колес (HRC40—42) модулем 4—10 мм червячными фрезами из быстрорежущей стали Р18 (стойкость Т = б-8 ч), критерий затупления — износ по задней поверхности (0,3 — 0,4 мм)

Скорость резания при чистовом нарезании стальных закаленных колес

Примечание. При использовании фрез из стали Р9М4К8 табличные значения скорости резания умножать на коэффициент 1,5—1,6.


31. Средний крутящий момент при черновом нарезании стальных колес однозаходной червячной фрезой

Средний крутящий момент при черновом нарезании стальных колес однозаходной червячной фрезой

Примечание. Наибольшие крутящие моменты и сила резания примерно в 2 раза больше значений, указанных в таблице.


Силы, действующие при зубофрезеровании.

Для определения окружной силы резания (в Н), действующей по касательной к окружности выступов фрезы, средний крутящий момент (табл. 31) следует разделить на радиус фрезы (в м), а при работе многозаходкыми фрезами приведенные в таблице значения возрастают.

Основное (машинное) время операции зубофрезерования.

Основное (машинное) время операции определяют по формуле, приведенной на с. 74, глубину врезания и перебег — по табл. 16. Эта таблица может быть использована и для других целей, например для определения ширины канавки шевронного колеса или расстояния между торцами блочных колес, при котором осуществим свободный выход фрезы.

32. Неисправности зубофрезерного станка и способы их устранения

Неисправность Причины возникновения Способы предупреждения и устранения
Прекращение подачи фрезерного суппорта Выход из зацепления колес в гитаре подач Усилить затяжку гаек в гитаре подач. Установить упорные шайбы
Срезание зубьев, заметное после небольшого врезания фрезы Неточный подбор сменных колес в гитаре деления. Неправильное направление вращения стола от гитары дифференциала. Неправильный расчет числа нарезаемых зубьев Проверить настройку гитары деления. Установить правильное направление вращения стола от гитары дифференциала. Закрепить заготовку
Движение фрезерного суппорта рывками Неисправность в системе гидравлического зажима суппорта (снижение давления). Отсутствие смазки на направляющих фрезерного суппорта. Слабая затяжка клиньев на направляющих. Большие значения подачи Обеспечить нужное давление в системе гидрозажима. Затянуть клинья. Уменьшить подачу
Неправильный угол наклона зубьев косозубого колеса Неправильная настройка гитары дифференциала, неверен диаметр заготовки. Погрешность винта подачи. Перекос направляющих суппорта, торцовое биение заготовки Проверить настройку дифференциала и заготовку. Устранить биение в подшипниках винта подачи, проверить базирование заготовки
Дрожание фрезы, дробленая поверхность, следы вибраций на нарезаемых зубьях Большие зазоры в заднем подшипнике, поддерживающем оправку с фрезой. Большое расстояние между опорами оправки с фрезой при малом ее диаметре, недостаточно жесткое крепление заготовки, малое число зубьев фрезы; фреза затуплена Подтянуть задний подтипам к фрезерного шпинделя. Повысить жесткость за счет увеличения диаметра оправки и уменьшения расстояния между опорами. Усилить крепление заготовки. Снизить подачу
Заметная огранка профиля нарезаемого зуба (заметна неравномерность в срезании стружки за один оборот фрезы) Большое радиальное и осевое биение фрезы. Малое число зубьев фрезы. Большие погрешности осевого шага зубьев фрезы Тщательно установить и выверить фрезу на станке; биение не должно превышать допускаемых значений. Проверить точность заточки фрезы
Большие значения параметра шероховатости поверхности зубьев фрезеруемого колеса Плохая заточка фрезы. Биение фрезы. Нежесткое крепление фрезы или заготовки. В станке большие зазоры. Велика подача Переточить фрезу; уменьшить зазоры в делительной паре, осевой зазор шпинделя, зазор между клиньями салазок. Снизить подачу

Пример. Рассчитать режим резания и основное время для чернового нарезания за один проход цилиндрического зубчатого колеса mn = 8 мм; z = 100, B = 15°. Длина зуба B = 120 мм; обрабатываемый материал — сталь 40Х; твердость НВ 220. Станок зубофрезерный мод. 5К32А; инструмент — червячная фреза из стали Р18 диаметром De — 140 мм, двухзаходная.

Решение. По табл. 21 для станков III группы So = 2 мм/об. Поправочные коэффициенты по наклону зуба Ks1 =0,9, почислу заходов фрезы Ks2 = 0,7. Нормативная подача So = 2 * 0.9 * 0.7 = 1.26 мм/об, близкая к ней фактическая подача, которую может обеспечить станок, So = 1 мм/об, т.е. in = 32/64.

Рекомендуемая стойкость Т = 8 ч. В данном примере в целях повышения производительности принята стойкость Тф = 4 ч.

По табл. 24 для подачи l мм/об v = 43 м/мин. Поправочные коэффициенты: по твердости Kv1 = 0,8; по химическому составу Kv2 = 0,9, по стойкости при Тф/Т = 4/8 = 0,5 Kv3 = 1,25; по числу заходов фрезы Kv4 = 0,75.

С учетом этих коэффициентов скорость резания v = 43 * 0,8 * 0,9 * 1,25 * 0,75 = 29 м/мин. Частота вращения фрезы:

Частота вращения фрезы

Для данного станка ближайшее значение п = 63 об/мин (настройка гитары скоростей iск = 31/56). Так как это значение почти совпадает с расчетным, фактическая скорость резания также близка к расчетной.

По табл. 24 N=1,4 кВт, а поправочные коэффициенты KN1=0,8; KN2=0,9; KN3=1,5; KN4=1,5.

С учетом поправочных коэффициентов мощность резания

N = 1.4 * 0,8 * 0,9 * 1,25 * 1,5 = 1,9 кВт.

При n = 0,4 потребная мощность электродвигателя главного привода Nст=1,9/0,4=4,8 кВт. Так как фактическая мощность электродвигателя данного станка N = 7 кВт, т.е. больше требуемой, установленный режим резания по мощности станка осуществим.

По табл. 16 глубина врезания l = 62 мм, перебег l1 = 7 мм. Таким образом. основное время:

основное время фрезерования

Если те же заготовки фрезеровать в пакете из двух штук, основное время на одну штуку:

основное время фрезерования

т.е. уменьшится на 17% вследствие экономии на врезание.


Пример. Рассчитать режим резания и основное время для чистового нарезания колеса mn = 8 мм, z = 100 при заданной шероховатости поверхности зубьев Rz = 30 мкм. Фреза червячная однозаходная диаметром 140 мм.

Решение. По табл. 23 подача So = 2 мм/об. Стойкость Т = 8 ч. По табл. 24 v = 30 м/мин. С введением поправочных коэффициентов Kv1 = 0,8; Kv2 = 0,9 и для чистового нарезания Kv3 = 1,4 v = 30 * 0,8 * 0,9 * 1,4 = 30 м/мин. Частота вращения n = 1000*30/(3,14*140) = 68 об/мин, ближайшее фактическое значение для данного станка n = 63 об/мин. По табл. 18 для предварительно прорезанного зуба l = 20 мм l1 = 7 мм; тогда

основное время для чистового нарезания колеса