ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Зуборезный инструмент для цилиндрических колёс

Червячные зуборезные фрезы

Червячная фреза представляет собой исходный червяк, с точечным мгновенным касанием с поверхностью обрабатываемой детали, превращенный в режущий инструмент (рис. 229).


Рис. 229. Червячная фреза

Чтобы трансформировать червяк в работоспособный инструмент, необходимо прорезать стружечные канавки, т. е. образовать пространство для схода образующейся при резании стружки и переднюю поверхность, создать заднюю поверхность, обеспечивающую беспрепятственное ее перемещение в процессе резания и положительные задние углы на режущих кромках.

Для определения исходного червяка пространственной системе координат хуz, не связанной ни с заготовкой, ни с инструментом (рис. 230), сообщается поступательное движение со скоростью V, направление которой перпендикулярно оси колеса.


Рис. 230. Схема образования исходной поверхности червячной фрезы

Тогда движение поверхности D детали относительно системы хуг можно представить как качение без скольжения начального цилиндра, связанного с деталью, по начальной плоскости, связанной с системой хуг. Найдем вспомогательную поверхность рейки Т как огибающую последовательных положений поверхности D детали при движении детали относительно системы хуz.


Рис. 231. Эвольвента окружности

Будем считать, что производится обработка цилиндрического прямозубого зубчатого колеса. Уравнения эвольвенты зуба колеса (рис. 231) в системе z1у1 можно записать таким образом:



Уравнение контакта в рассматриваемом случае будет:



где



Подставляя значения у1 и z1 из уравнений эвольвенты, после преобразований получим:



Отсюда



Формулы перехода от системы х1y1z1 к системе х2у2z2 будут:



Подставляя в эти формулы величины, соответствующие эвольвенте обрабатываемого колеса, после преобразований будем иметь:



Поделив одно уравнение на другое, получим:



Таким образом, вспомогательная производящая поверхность Т рейки при обработке эвольвентных колес имеет прямолинейный профиль. Угол профиля равен углу давления эвольвенты на начальной окружности. При изменении радиуса начальной окружности угол профиля сопряженной с зубчатым колесом рейки также изменяется.

Профиль зубчатого колеса представляет собой совокупность эвольвент, равномерно распределенных по окружности. Сопряженный с ним профиль рейки состоит из совокупности прямых, параллельных друг другу. Расстояние между смежными прямыми, измеренное на начальной прямой, равно шагу зубьев детали, измеренному на начальной окружности. Рассматриваемый шаг равен:



где zk — число зубьев обрабатываемого колеса.

Шаг по нормали (расстояние между смежными прямыми, измеренное по перпендикуляру к ним) равен:



Таким образом, заданное эвольвентное зубчатое колесо может иметь большое количество сопряженных с ним вспомогательных производящих реек Т с разнообразными углами профиля и различными шагами, измеренными вдоль начальной прямой. Общим же у всех реек будет шаг по нормали, равный шагу зубьев зубчатого колеса, измеренному по его основной окружности.

Так, на рис. 232 графоаналитически определены рейки, сопряженные с некорригированным зубчатым колесом z = 35, АЛЬФА o = 20°, m = 20 (рис. 232, а) при различных размерах радиуса начальной окружности, равного 335 мм (рис. 232, б), 350 мм (рис. 232, в), 370 мм (рис. 232, г), 400 мм (рис. 232, д).


Рис. 232. Зуборезные рейки, сопряженные с зубчатым колесом

Из построения (рис. 232, ё) следует, что при Rно = 300 мм сопряженной рейки не существует. Огибающую к последовательным положениям эвольвентного профиля зуба провести нельзя. Поэтому при Rно = 300 мм обработка заданного зубчатого колеса оказывается невозможной. Для определения профиля зубьев, сопряженных с рассматриваемыми рейками, была проведена обратная обкатка. На рис. 235, ж совмещены профили зубьев, образованные различными рейками.

Рассмотрение этой фигуры показывает, что при различных радиуса начальной окружности во впадине зуба создаются разные переходные кривые. При радиусе, равном 400 мм, не обеспечивается образование профиля впадины зуба на полную глубину. Поэтому подобный радиус начальной окружности принимать нельзя. Таким образом, при профилировании червячных фрез и нахождении вспомогательной производящей поверхности Т менять радиус Rно начальной окружности можно только в определенных пределах, ограниченных условиями формообразования поверхности детали с допустимыми отклонениями от заданных размеров.

При известной вспомогательной производящей поверхности поверхность исходного червяка определяется как огибающая поверхности Т при ее движении вместе с системой хуz относительно инструмента. Это относительное движение складывается из вращения инструмента вокруг своей оси и поступательного движения поверхности рейки Т вместе с системой хуz со скоростью V.


Рис. 233. Схема определения исходной поверхности червяка

Поступательное движение со скоростью V разложим (рис. 233) на два движения:

V = Vo + VT

Скорость Vo первого из составляющих движений направим вдоль оси инструмента, а скорость VT второго — по образующей поверхности Т. Тогда движение со скоростью VT будет приводить к перемещению поверхности Т рейки «самой по себе» и его при нахождении огибающей поверхности исходного червяка можно не учитывать.

Составляющая |Vo| будет равна:



где БЕТА — угол установки оси фрезы.

Таким образом, движение производящей рейки Т сводится к винтовому движению, ось которого совпадает с осью инструмента, а параметр равен:



где ОМЕГА1 — угловая скорость вращения обрабатываемого колеса;

ОМЕГА2—угловая скорость вращения инструмента.

Для однозаходной червячной фрезы будем иметь:



В результате винтового движения вспомогательной производящей поверхности рейки Т образуется, как огибающий, исходный червяк червячной фрезы. При этом плоскости, соответствующие вершинам и впадинам зубьев рейки, создают круговые цилиндрические поверхности.

Определим огибающую поверхность, которая создается при винтовом движении боковой плоскости зуба рейки относительно инструмента.

В рассматриваемом случае характеристика Е будет геометрическим местом точек на плоскости Т, в которых нормаль к плоскости Т составляет угол Е с осью винтового движения, т. е. в которых нормаль к плоскости Т будет перпендикулярна скорости V винтового движения.

Угол е подсчитывается по соотношению:



где р — параметр винтового движения;

ri — кратчайшее расстояние между рассматриваемой нормалью и осью мгновенного винтового движения.

Обозначим угол между рассматриваемой плоскостью Т и осью винтового движения р. Тогда нормаль к плоскости Т с осью винтового движения будет составлять угол 90° — р. Следовательно, в точках характеристики будем иметь:



Таким образом, характеристикой Е плоскости Т при ее винтовом движении будет прямая, составляющая угол р с осью винта и отстоящая от нее на расстоянии ri. В результате винтового движения характеристики и создается эвольвентная винтовая поверхность исходного червяка. Найдем угол р между осью винтового движения, т. е. осью червячной фрезы, и боковой плоскостью зуба рейки Т. Направим по оси фрезы вектор А, который может быть записан таким образом:



где БЕТА — угол наклона оси фрезы.

Вектор N нормали к боковой плоскости зуба рейки будет равен:



где АЛЬФАи — угол профиля зуба рейки.

Угол между векторами А и N будет равен 90° — р и может быть определен по соотношению:



Следовательно,



Выражая в этой формуле скалярное произведение и модуль векторного произведения через координаты векторов А и N, после преобразований получим:



При известном угле р радиус основного цилиндра боковой эвольвентной винтовой поверхности исходного червяка будет равен:



Если шаг зубьев на начальной окружности детали будет ПИ*т, то в этом частном случае радиус основного цилиндра исходного эвольвентного червяка будет:



Осевой шаг эвольвентной винтовой поверхности исходного червяка подсчитывается по соотношению:



Шаг по нормали, измеренный на развертке основного цилиндра эвольвентного исходного червяка, будет:



где zк — число зубьев обрабатываемого колеса; rok — радиус основной окружности обрабатываемого колеса;

t0 — шаг зубьев обрабатываемого колеса, измеренный на основной окружности.

Таким образом, с заданным зубчатым колесом сопряженными могут быть многие эвольвентные червяки, т. е. для обработки известного колеса можно спроектировать разнообразные червячные фрезы с различными углами профиля исходной рейки, различными радиусами основных цилиндров. Но у всех фрез, предназначенных для обработки заданного колеса, шаг зубьев по нормали, измеренный на основном цилиндре исходного червяка, будет общим и равным шагу зубьев обрабатываемого колеса, измеренному на его основной окружности.

Уменьшение профильного угла червячных фрез позволяет увеличить продолжительность зацепления фрезы и колеса, улучшить чистоту обрабатываемой поверхности, увеличивать заходность фрезы. Однако с уменьшением профильного угла одновременно происходит соответствующее уменьшение задних углов на боковых кромках. Поэтому не рекомендуется принимать профильный угол фрезы меньше 10—12°.

В общем случае вспомогательная производящая поверхность рейки Т может перемещаться поступательно под углом к оси инструмента (рис. 230) и образовывать исходную поверхность червячной конической фрезы. Исследование показывает, что при обработке цилиндрических эвольвентных колес исходная поверхность червячной конической фрезы будет ограничена коническими поверхностями, соответствующими вершинам и впадинам зубьев и боковыми эвольвентными винтовыми поверхностями, шаги которых и радиусы основных цилиндров для правой и левой сторон зуба будут разными.

Превращая исходный эвольвентный червяк в режущий инструмент, получим червячную зуборезную фрезу. Однако червячные фрезы, спроектированные на базе теоретически точного исходного эвольвентного червяка, технологически трудно осуществимы. Поэтому при проектировании червячных зуборезных фрез заменяют исходный эвольвентный червяк архимедовым червяком или конволютным червяком с прямолинейным профилем в нормальном сечении.

Архимедов червяк имеет прямолинейный трапецевидный профиль в осевом сечении. Угол профиля АЛЬФАос исходного архимедова червяка определяют по формуле:



В этом случае прямая профиля архимедова червяка в осевом сечении касается эвольвентного червяка в точке, расположенной на делительном цилиндре.

Конволютный червяк имеет прямолинейный трапецевидный профиль в нормальном сечении. Нормальное сечение может проводиться различным образом. Оно может быть перпендикулярно винтовой линии, лежащей на среднем цилиндре и проходящей через середину впадины, либо перпендикулярно средней винтовой линии витка резьбы исходного червяка.

Размеры профиля исходного червяка в нормальном сечении обычно при проектировании фрез принимаются равными размерам прямозубой рейки, сопряженной с нарезаемыми зубчатыми колесами.

Теоретический профиль исходного червяка в нормальном сечении должен быть отличным от профиля зуборезной рейки. Однако для фрез малых и средних модулей рассматриваемые изменения профиля исходного червяка по сравнению с профилем исходной рейки малы и ими пренебрегают.

При превращении исходного червяка в червячную фрезу его поверхность обычно принимается за статическую поверхность резания. Передняя поверхность и пространство для схода стружки создается прорезанием продольных канавок. В результате пересечения передней поверхности и исходного червяка образуется режущая кромка фрезы.

Наиболее простой формой передней поверхности фрезы будет плоскость. Однако, если принять переднюю поверхность в форме плоскости параллельной оси фрезы, то статический передний угол на одной из боковых режущих кромок будет положительный, а на другой — отрицательный. Чем больше будет угол ТАУ подъема резьбы исходного червяка, тем в большей степени будут отличаться величины передних углов, а следовательно, и условия работы боковых режущих кромок. Поэтому переднюю поверхность червячной фрезы выбирают в форме плоскости, параллельной оси только при относительно малых величинах угла ТАУ, так как это не оказывает существенного влияния на условия резания, но упрощает изготовление и заточку фрез.

Наиболее часто при проектировании червячных фрез в качестве передней поверхности принимают архимедову винтовую поверхность, образующие которой перпендикулярны оси фрезы. Угол наклона передней винтовой поверхности принимается равным углу подъема резьбы исходного червяка при их измерении на среднем цилиндре. В результате создаются равные величины статических передних углов на боковых кромках.

Задняя поверхность червячных фрез наиболее часто образуется радиальным затылованием. Эта операция производится на затыловочных станках.

В процессе затылования фрез с прямолинейным профилем в нормальном сечении резец устанавливается так, чтобы его режущая кромка располагалась в нормальном сечении. В этом сечении производится также и контроль профиля фрезы.

При проектировании же червячных зуборезных фрез на базе архимедова исходного червяка необходимо определять профиль фрезы в осевом сечении. На рис. 234 изображено два зуба червячной фрезы, рассеченные осевой плоскостью, проходящей через точки DI и DII. Благодаря винтовым канавкам и затылованию зубьев, точка DII располагается ближе к оси фрезы по сравнению с точкой DI.


Рис. 234. Схема затылования боковой стороны зуба фрезы

Поэтому в осевом сечении вершины зубьев наклонены к оси фрезы под углом ФИ, величина которого подсчитывается по формуле:



где Sk — шаг винтовой канавки фрезы;

К—величина затылования;

z—число зубьев фрезы.

Углы профиля зуба фрезы различны для каждой стороны и определяются по формулам:



В приведенных формулах верхние знаки принимаются для правозаходных, а нижние — для левозаходных фрез.

При анализе геометрии задней затылованной поверхности червячной фрезы можно приближенно пользоваться зависимостями, справедливыми для обычных фасонных затылованных фрез и расчет, например величины затылования K, вести по известной формуле:



Рассматриваемые соотношения дают удовлетворительные для практики результаты при анализе геометрии однозаходных червячных фрез с малыми углами подъема резьбы исходного червяка. Для многозаходных червячных фрез, у которых угол подъема резьбы исходного червяка имеет значительные размеры, величина затылования определяется по формуле:



При рассматриваемом способе затылования будут наблюдаться изменения кинематики движения и формы режущих кромок при переточках фрезы в силу уменьшения диаметральных размеров фрезы. Для того, чтобы несколько уменьшить абсолютные величины ошибок, расчетные диаметры подсчитываются не для новой, а для наполовину сточенной фрезы. Так, расчетный средний диаметр фрезы определяют по соотношению:



где De — наружный диаметр новой фрезы;

h' — высота головки зуба;

К — величина затылования.

Погрешности, вызываемые изменением диаметров фрезы при переточках, можно уменьшить увеличением диаметра фрезы. В этом случае относительное изменение диаметров при переточках будет уменьшаться и не будет наблюдаться резкое искажение кинематики резания и формы кромки.

При затыловании сборных червячных фрез целесообразно применять способ затылования «по окружности», что по сравнению с обычным способом является более производительным процессом, не требующим для своего осуществления специальных затыловочных станков.

В этом случае отдельные гребенки сборной фрезы (рис. 235, а) устанавливаются в приспособлении (рис. 235, б) и их задние поверхности обрабатываются по винтовой поверхности, шаг которой равен шагу резьбы исходного червяка.


Рис. 235. Схема затылования червячных фрез по окружности

Приспособление напоминает корпус фрезы со смещенными для установки гребенок пазами (рис. 235). Величина смещения Н = Rk* sin АЛЬФАв, где АЛЬФАв — задний угол на вершине зуба фрезы при его измерении в торцовом сечении.

Обычно радиус приспособления Rк равен Re.

Чтобы обработать в приспособлении винтовую заднюю поверхность зубьев, необходимо знать ее профиль, то есть найти линию пересечения задней поверхности с плоскостью, проходящей через ось приспособления.

Рассмотрим червячную сборную фрезу с плоской передней поверхностью, у которой передний угол ГАММА = 0. Будем считать, что в системе х0у0 заданы координаты точек ее режущей кромки. Выберем систему координат x1y1z1, связанную с приспособлением, приняв за ось x1, ось приспособления. В плоскости z1 = Н, соответствующей передней плоскости зубьев, изображаем в системе x0y0 заданную режущую кромку. Если заставить режущую кромку совершать винтовое движение, ось которого будет совпадать с осью приспособления с параметром р, равным параметру винтовой поверхности исходного червяка фрезы, то она опишет винтовую заднюю поверхность. Линию пересечения этой поверхности с осевой плоскостью х1у1 и будем определять.

Винтовое движение любой точки режущей кромки будем представлять как совокупность вращательного и поступательного движений. Например, произвольная точка М в системе х0у0 (ее проекций т' и т") режущей кромки, чтобы попасть в сечение у1х1, должна повернуться вокруг оси приспособления на угол ТАУ. В результате этого поворота точка М займет положение точки К. Повороту точки М на угол ТАУ при ее винтовом движении будет соответствовать поступательное перемещение вдоль оси винтового движения x1 на величину дельта = р * ТАУ. В результате этого поступательного перемещения точка М режущей кромки из положения, соответствующего точке К, перейдет в положение, отмеченное точкой М1. Точка М1 и будет точкой профиля задней поверхности зуба фрезы. Координаты точки M1 в системе х1у1 будут равны:



где ТАУ — угол поворота произвольной точки М режущей кромки до сечения x1y1 определяется из выражения:



Аналогично определению точки М находятся координаты и других точек, совокупность которых и будет профилем задней поверхности зуба червячной фрезы, затылованной по окружности.

Определим при затыловании червячных фрез по окружности величины статических задних углов АЛЬФАN при их измерении в нормальном к режущей кромке сечении. За статическую поверхность резания примем поверхность исходного червяка. Тогда вектор статической скорости резания V в системе x0y0z0 может быть записан таким образом:



где EX—угол подъема резьбы червяка в исследуемой точке режущей кромки.

Вектор Р, идущий по режущей кромке, будет:



Вектор 3, касающийся задней поверхности в исследуемой точке кромки и расположенный в сечении, перпендикулярном оси фрезы, будет равен:



Тогда вектор N3 нормали к задней поверхности в исследуемой точке может быть определен по соотношению:



Раскрывая определитель, получим:



Вектор NСТ нормали к статической поверхности резания в той же точке кромки будет:



Отсюда



По определению угол между векторами N3 и NCT будет статическим задним углом АЛЬФАN при его измерении в нормальном к режущей кромке сечении. Его величина может быть определена по формуле:



Подставляя вместо N3 и NCT их координаты, после преобразований получим:



Применение сборных фрез, затылованных по окружности, позволяет принимать увеличенные задние углы на вершине зуба до 15 -:- 18°. Это приводит к соответствующему увеличению задних углов АЛЬФАN и на боковых кромках, что благоприятно отражается на работоспособности фрез. Кроме того, эти фрезы имеют увеличенное число переточек. Однако по сравнению с монолитными фрезами их конструкция и технология изготовления являются более сложными.

С целью упрощения технологии изготовления были разработаны сборные червячные фрезы с поворотными рейками, затылованные по окружности. Корпус этих фрез используется не только в качестве рабочего корпуса, но и технологического приспособления, в котором окончательно обрабатываются рейки по профилю зубьев на резьбо- или червячношлифовальных станках.

При установке реек в положение (рис. 236), при котором передняя поверхность их совпадает с радиальным направлением паза корпуса, последний выполняет роль рабочего.


Рис. 236. Сборная червячная фреза с поворотными рейками

При повороте же реек на 180° корпус выполняет роль технологического приспособления. В этом случае, чтобы получить положительные задние углы, необходимо обеспечить смещение передней поверхности реек от оси корпуса на расстояние h = R sin АЛЬФА,

где R — радиус фрезы;

АЛЬФА — задний угол в торцовом сечении.

Это достигается благодаря тому, что соответствующие пазы в корпусе проектируются так, чтобы одна из их боковых поверхностей касалась цилиндра радиуса h.

Сборные червячные фрезы могут выполняться с острозаточенными зубьями и перетачиваться по задним поверхностям. Это позволяет создавать целесообразные величины задних углов на боковых режущих кромках. Однако эти фрезы не получили широкого распространения.

При проектировании червячных зуборезных фрез наружный диаметр, тип исходного червяка, число зубьев, диаметр посадочного отверстия и другие конструктивные элементы либо выбираются по нормалям и стандартам, либо их задают исходя из паспортных данных станка и опыта эксплуатации фрез.

Выбирая наружный диаметр фрезы Deu необходимо учитывать, что его увеличение приводит к повышению точности обработки колес, так как уменьшаются органические погрешности профилирования фрезы, появляется возможность увеличения диаметра оправки и повышения жесткости рассматриваемой системы.

Однако при увеличении диаметра фрезы возрастает расход инструментального материала для ее изготовления, увеличивается длина врезания и соответственно снижается производительность фрезерования. Поэтому целесообразно для чистовых фрез наружный диаметр выбирать большим, чем у черновых фрез, а прецизионных — большим, чем у чистовых. Наружный диаметр фрез зависит также и от высоты профиля и увеличивается с увеличением модуля. Для фрез модулем от 1 до 20 мм (в зависимости от модуля и назначения инструмента) он колеблется от 63 до 250 мм.

Диаметр d посадочного отверстия выбирается таким образом, чтобы обеспечить достаточную прочность и жесткость ступицы фрезы. Ориентировочно диаметр посадочного отверстия равен:



Расстояние между дном стружечной канавки и шпоночной канавки должно быть не менее 0,3—0,4d.

При конструировании фрез диаметр отверстия необходимо округлять до стандартного значения диаметров оправок инструмента (22, 27, 32, 40, 50, 60 мм).

Длина рабочей части фрезы выбирается с учетом обеспечения полной обработки заданного профиля детали. Поэтому минимально необходимая длина червячной фрезы должна быть равна проекции рабочего участка линии зацепления на ось фрезы.

У червячных зуборезных фрез линия зацепления (рис. 237) будет прямой АВ для одной стороны профиля зуба и прямой А'В' — для второй.


Рис. 237. Схема определения длины червячной фрезы

Минимально необходимая длина фрезы равна:



где SИ — необходимая толщина профилирующих крайних зубьев фрезы.

Но так как зубья фрезы вступают в работу раньше начала соприкосновения сопряженных профилей фрезы и колеса, то длину фрезы следует брать больше величины проекции линии зацепления на ось фрезы.

Кроме того, при работе червячная фреза изнашивается неравномерно. Поэтому для увеличения срока ее службы применяют периодические передвижки фрезы на оправке в процессе обработки либо фрезе сообщают дополнительное движение вдоль ее оси. Поэтому при уточнении длины фрезы необходимо также предусматривать определенный запас на возможные перемещения фрезы на оправке.

Общая длина фрезы увеличивается по сравнению с длиной рабочей части ее на длину двух буртиков, равную 6—10 мм. Буртики служат для контроля отсутствия биения фрезы при ее установке на оправку в процессе изготовления и эксплуатации. Диаметр буртиков выбирается в пределах 1,5—1,7 диаметра отверстия.

Между длиной фрезы L и ее наружным диаметром наблюдается такая зависимость:



Число зубьев z = 8 :- 16 в зависимости от диаметра и высоты зуба фрезы. При выборе z необходимо обеспечить образование достаточно широкой канавки между зубьями для размещения стружки и выхода шлифовального круга при затыловании, а также достаточную прочность зуба. Число зубьев фрезы влияет на точность и чистоту поверхности обрабатываемых зубьев. С увеличением числа зубьев фрезы чистота обрабатываемой поверхности повышается, так как в этом случае число резов, формирующих профиль зубьев колеса, возрастает. Однако при большом числе зубьев затрудняется процесс шлифования профиля зуба фрезы.

Задние углы АЛЬФА В на вершине у затылованных по архимедовой спирали фрез принимаются равными 10—12°, у сборных фрез, затылованных по окружности, задний угол на вершине может быть увеличен до 18°. Увеличение задних углов на вершине приводит к соответствующему возрастанию задних углов на боковых кромках и повышению работоспособности фрезы.

Передний угол ГАММА В на вершине чистовых червячных фрез принимается равным нулю. Поэтому при винтовых стружечных канавках передняя поверхность является архимедовой. Черновые же червячные фрезы следует проектировать с положительными передними углами. Величины передних углов могут быть различными. Обычно они принимаются равными 8—10°.

Червячные фрезы с положительными передними углами по сравнению с фрезами, у которых ГАММА = 0°. имеют меньшие усилия резания, увеличенную стойкость и производительность. Червячные фрезы с положительными передними углами можно использовать и при чистовой обработке зубчатых колес, однако в этом случае необходимо соответственно корректировать профиль. Глубина стружечной канавки червячных зуборезных фрез со шлифованным профилем равна:



где т — модуль;

K и K1 — величины затылования;

r — радиус закругления дна канавки, равный 1—3 мм.

Угол профиля канавки в торцовом сечении ТЕТА = 20 -:- 30°.

Винтовые стружечные канавки червячной фрезы выполняются с углом наклона ОМЕГА, равным углу ТАУ подъема резьбы исходного червяка при их измерении на среднем диаметре Dср.

С учетом переточек средний расчетный диаметр равен:



где De — наружный диаметр новой фрезы.

Тогда угол ОМЕГА наклона стружечной канавки и ее шаг sk будут равны:



С целью экономии дорогостоящего инструментального материала в последнее время появилось большое количество различных конструкций сборных червячных фрез, отличающихся друг от друга методами крепления и центрирования зубчатых гребенок или отдельных зубьев, схемами резания и т. п.

На рис. 238 изображена конструкция сборной крупномодульной червячной фрезы со вставными гребенками.


Рис. 238. Сборная червячная фреза со вставными гребенками

В корпусе 1 фрезы из конструкционной стали имеются клиновидные пазы с уклоном 1 : 10. В пазы запрессовываются гребенки 2 из быстрорежущей стали. После запрессовки гребенок и шлифования буртиков с обоих торцов фрезы в горячем состоянии на буртики одеваются кольца 3. Остывая, кольца сжимаются и закрепляют дополнительно гребенки в пазах. Кольца привертываются к корпусу винтами, которые служат для их предохранения от сдвигания при случайных ударах. Шлифование профиля производится после сборки фрезы.

По прочности и точности рассматриваемые фрезы ничем не отличаются от целых. Недостатком такой конструкции является неудобство замены реек, сложность точной пригонки реек к пазам корпуса, большая трудоемкость операции шлифования профиля.

С целью снижения трудоемкости шлифования профиля применяют фрезы, затылованные по окружности.

На рис. 239 показана сборная затылованная по окружности червячная фреза конструкции ВНИИ.


Рис. 239. Сборная червячная фреза конструкции ВНИИ

Она состоит из корпуса /, комплекта зубчатых гребенок 2, двух центрирующих полу кольцевых шпонок 3 и крепежных колец 4. Рейки имеют угловую форму и выступы на торцах, на которые с натягом 0,06—0,08 мм одеваются крепежные кольца. Пазы в корпусе выполнены так, что он при повороте реек на 180° от их рабочего положения, является технологическим приспособлением, в котором окончательно шлифуются гребенки по профилю на резьбо- или червячно-шлифовальных станках. Это значительно упрощает эту операцию. Такая конструкция обеспечивает в 2 раза большее возможное число переточек по сравнению со стандартными фрезами, имеет увеличенный до 18' задний угол на вершине зубьев.

Значительное повышение скорости резания и производительности обеспечивают фрезы, оснащенные твердым сплавом. На рис. 240 показана фреза с отдельными вставными твердосплавными зубьями конструкции ВНИИ.


Рис. 240. Червячная фреза с твердосплавными зубьями

В пазах корпуса I устанавливаются твердосплавные зубья 4, которые с одной стороны упираются в торцовые выступы установочного кольца 5. Установочное кольцо с торцовыми выступами обеспечивает расположение режущих кромок зубьев на винтовой поверхности исходного червяка. Закрепление зубьев производится винтом 2, расположенным на втором торце, через соответствующие прокладки 3. Заточка зубьев рассматриваемых фрез производится в многоместном приспособлении. При заточке на боковых кромках создаются задние углы порядка 19—15°, что способствует повышению стойкости фрез.

Применение рассматриваемых острозаточенных фрез с пластинками твердого сплава позволяет при изготовлении текстолитовых шестерен получить увеличение стойкости до 50 раз по сравнению с фрезами из быстрорежущей стали.

Находят применение также мелкомодульные червячные фрезы с твердосплавными зубчатыми гребенками, монолитные червячные фрезы, изготовленные из твердого сплава.

Следует однако заметить, что червячные твердосплавные фрезы еще не получили широкого распространения в промышленности. Распространению их препятствует большая трудоемкость изготовления и перетачивания инструмента, ненадежность работы при эксплуатации, что объясняется нестабильностью качества твердого сплава, отсутствием рациональной конструкции фрезы.

Существенным недостатком стандартных червячных фрез является неравномерная загрузка их режущих кромок.

Схема резания стандартной фрезой характерна тем, что боковые и вершинная режущие кромки зубьев срезают слои неодинаковой толщины (рис. 241).


Рис. 241. Схема резания червячной фрезой

Наиболее толстый слой срезает вершина, тоньше срезает входная боковая кромка и самый тонкий слой — выходная кромка.

Анализ показывает, что не только толщина среза, но и скорость резания, а также время контакта режущих кромок с заготовкой изменяются по длине фрезы, т. е. загрузка отдельных зубьев фрезы не остается постоянной. Зубья, первыми вступающие в работу, загружены больше, чем центральные. В результате наблюдается неравномерная интенсивность износа зубьев червячных фрез.

Поэтому при эксплуатации фрез до полного износа доводится небольшая часть общего периметра режущих кромок, после чего инструмент перетачивается. Это приводит к увеличению расхода инструмента.

С целью обеспечения более равномерного износа различных точек режущих кромок червячных фрез применяют периодическое передвижение фрезы вдоль ее оси в процессе эксплуатации. Передвижение фрезы осуществляется через определенное число циклов работы автоматически с помощью специальных устройств, вводимых в конструкцию станка. Применяется также диагональное зубофрезерование, при котором фреза в процессе резания непрерывно двигается вдоль своей оси. Поэтому за время обработки колеса в работе участвуют режущие кромки почти всех зубьев. Перед обработкой следующей заготовки фреза возвращается в исходное положение и цикл повторяется. Непрерывная смена работающих зубьев в процессе диагонального зубофрезерования приводит к увеличению общей стойкости инструмента и соответственно производительности обработки.

Перераспределения нагрузки между режущими кромками и более равномерный износ фрез достигается за счет уменьшения угла профиля, применения конических червячных фрез, фрез с заборным конусом, с криволинейной формой образующей наружной поверхности, с измененной толщиной и высотой зубьев. Эффективность применения фрез с перераспределенной загрузкой возрастает с увеличением модуля и числа зубьев обрабатываемых зубчатых колес.