ТЕМА 11. ІНСТРУМЕНТИ, ЩО ПРАЦЮЮТЬ З ПРОФІЛЮВАННЯМ ЗА МЕТОДОМ ОБКАТУВАННЯ

Особливістю кінематики та роботи обкатних інструментів є наявність обкатного руху ріжучих кромок інструмента щодо оброблювальних поверхонь заготовки. Це рух створює безперервну зміну інструментальної поверхні, утвореною ріжучими кромками інструмента в процесі головного руху. Метод обкатування дозволяє нарізати зуби коліс безперервно при їх плавному обертанні навколо своїх осей. Внаслідок цього підвищується продуктивність і точність обробки. Крім того, одним інструментом даного модуля можна нарізати колеса з будь-яким числом зубів.

11.1. Зуборізні довбачі

Залежно від характеру оброблюваних деталей довбачі діляться на три групи:

1) прямозубі - для нарізання прямозубих коліс;

2) косо зубі - для нарізання коліс із гвинтовим зубом і шевронних коліс;

3) спеціальні - для нарізання зубчастих деталей не евольвентного зачеплення (зірочки, шліцьові вали і т. д.)

По конструкції добвачі класифікуються на наступні групи (рис 11.1):

а) дискові - застосовуються для коліс внутрішнього і зовнішнього зачеплення при великих діаметрах;

б) чашкові - для нарізування зубів в упор;

в) хвостові - для коліс внутрішнього зачеплення малого діаметра, де неприпустимо застосування та виготовлення дискового двбача;

г) втулкові - є видозміненим типом хвостового довбача;

д) збірні.

Згідно ГОСТ 9323-79 довбачі виготовляють 5-ти типів і 3-х класів точності: 

1 - дискові прямозубі (АА, А, В);

2 - дискові косозубі (А, В);

3 - чашкові прямозубі (АА, А, В);

4 - хвостові прямозубі (В);

5 - хвостові косозубі (В).

Класи точності застосовують:

АА - для нарізування коліс 6-го ступеня точності; А - для нарізання коліс 7-го ступеня точності; В - для нарізання коліс 8-го ступеня точності.

Рис. 11.1 – Зуборізні довбачі

Довбач, як інструмент, утворюється з циліндричного зубчастого колеса шляхом створення передніх і задніх кутів по всьому контуру ріжучих кромок. У результаті цього задані поверхні стають схожими на конічне колесо з рівновисоким зубом. Однак на відміну від конічного колеса, у якого твірна початкового конуса розташована на конічній поверхні, у довбача твірна початкового (ділильного) циліндра лежить на циліндричній поверхні. Ділильний діаметр є постійним в будь-якому перерізі, перпендикулярному до осі довбача.

Для створення задніх кутів на вершині зубів (aВ) і на його бічних сторонах (aБ), зуби довбача утворюються шляхом зміщення вихідної рейки і мають у кожному перетині перпендикулярному до осі довбача свою особливу величину зміщення контуру c = xі × mn, де xі - коефіцієнт зміщення контуру початкової інструментальної рейки.

Розрізняють три основних січення довбача, перпендикулярних до його осі.

Січення 1 - 1, що проходить через вершинні ріжучі кромки нового довбача, називається початковим. У цьому січенні зміщення вихідного контуру рейки буде позитивним і максимальним c1 = +xі×mn = а×tgaВ.

Січення 0 - 0 називається вихідним. У ньому зміщення вихідного контуру дорівнює нулю. Це січення називається також і розрахунковим, так як в ньому визначаються основні параметри довбача.

Січення 2 - 2 називається кінцевим. Воно відповідає остаточно сточеному довбачу. Січення утворено негативним зсувом початкового контуру рейки c2 = -xИ×mn = b×tgaВ.

Рис. 11.2 – Геометрія довбача

В любому перетині профіль зуба буде окреслено по евольвенті. Задля уникнення спотворення профілю, евольвенти повинні бути утворені від одного і того ж основного циліндра діаметром DО = d×cosa = mn×Z×cosa.

Згідно ГОСТ 9324-79 довбачі роблять з номінальними ділильними діаметрами рівними 25, 38, 50, 75, 100, 125, 160, 200, 360. Фактичний ділильний діаметр відрізняється від номінального, що випливає з умови d = mn×Z, де Z - число зубів довбача, яке є цілим. Переважно приймають число зубів в межах від 30 до 60, якщо довбач не фланкований (бажано враховувати умову ZШ < Z < ZК).

Діаметр кола виступів на передній поверхні:

d_a = mn × Z + 2 × mn × (f’ + C’) + 2a × tgaB

де f' - коефіцієнт висоти головки зуба. Для стандартного зачеплення f'= 1.

C'-коефіцієнт радіального зазору. Для стандартного зачеплення C'= 0,25.

Діаметр кола впадин по передній поверхні:

df = mn × (Z – 2,5) + 2a × tgaB

Товщина зуба по дузі ділильного кола :

− в основній площині;

S₁ = S₀ + 2a × tgα_Б − на передній поверхні.

де aБ - бічний задній кут. Знаходиться в межах 2 - 4 градусів.

Передній кут на вершині зубів у чистових довбачів приймають рівним 5 градусам, а у чорнових від 10 до 12.

Задній кут на вершині зубів a в у стандартних довбачів дорівнює 6 градусам, у чистових довбачів збільшують до величини 8-9 градусів, а для чорнових до 12.

При визначенні параметрів косозубого довбача розрахунки залишаються тими ж, лише необхідно враховувати кут нахилу зубів b при розрахунку ділильного діаметра.

11.2. Черв'ячні фрези

Черв'ячні фрези застосовують для обробки прямозубих, косозубих і шевронних циліндричних коліс, а також для нарізання зубів черв'ячних коліс з різними видами зачеплення.

Черв'ячна фреза, як інструмент, виходить з черв'яка шляхом прорізування канавок, що утворюють передню поверхню зубів і простір для розміщення стружки, і затилування зубів для створення задніх кутів по всьому профілю.

При проектуванні черв'ячних фрез на базі евольвентного зачеплення використовують архімедів черв'як з прямолінійним трапецієподібним профілем в осьовому перерізі, або конвалютний черв'як з прямолінійним профілем в нормальному перерізі.

Черв'ячні фрези бувають: цільними і збірними (з припаяними (6< m<15 мм) або зі вставними гребінками при m >15 мм).

Рис. 11.3 – Черв’ячна фреза

Цілісні черв'ячні фрези виготовляють 5 - ти класів точності (АА, А, В, С, D). Збірні фрези роблять 4 - х класів точності (А, В, С, D). Фрези класу точності АА застосовують для нарізування зубчастих коліс 7 - го ступеня точності, А - 8, В - 9, С і D- 10.

Конструктивні та геометричні параметри фрез наведено на рис 11.3.

Діаметр посадкового отвору (d_ОТВ) повинен забезпечувати необхідну жорсткість оправлення, на якій встановлюється фреза:

 для фрез нормальної точності - d = 20 ´ m0,373,

 для фрез підвищеної точності - d = 27 ´ m0,404 .

Діаметр отвору приймається з нормального ряду: 19, 22, 27, 32, 50 і далі через 10.

Діаметр фрези (D) впливає на її конструкцію, точність одержуваних зубів коліс, похибка конструкції фрези і продуктивність процесу обробки .

D = D1 + 2H

де D1 - діаметр кола, який проходить через основу стружкових канавок, мм. D1 = 1,75 × dОТВ,

Н - глибина стружкової канавки , мм.

H = hi + К + r

де hi - висота профілю фрез b, мм. hі= hаі + hfі = (2,5 ÷ 2,6) × mn,

К1 - величина другого затилування, мм. К1 = (1,25 ÷ 1,50) × m_n.

Число зубів фрези (Z) має бути по можливості найбільшим. Із збільшенням числа зубів, збільшується число різців, зменшується шорсткості поверхні, зменшується товщина зрізаного шару. Число зубів насадних фрез обмежується умовами затилування, а збірних – умовою кріплення зубів. Для черв'ячних фрез звичайної точності прийнято Z = 12 ÷ 9, для прецизійних Z=16÷ 12, для збірних затилованних Z = 10 ÷ 8 .

Канавки, що утворюють передню поверхню зубів і простір для розміщення стружки, можуть бути гвинтовими, перпендикулярними виткам зубів фрези на ділильному діаметрі в розрахунковому перетині, і прямими, проходять через вісь, якщо передній кут g = 0, або паралельними осі, якщо g ≠ 0. Стандартні фрези виготовляють з канавками першого типу. Крок гвинтової канавки Px = p×D×ctgw. Передні кути для лівої і правої ріжучих кромок у таких фрез виходять однаковими.

Для фрез, профільованих на основі конволютного черв’яка, профіль лежить в нормальному перерізі до витків, і його розміри визначаються в цьому перерізі. Кут профілю таких фрез аі приймається рівним куту профілю, а вихідного контуру зубчастої рейки (рис 11.4).

Для фрез, профільованих на основі архімедового черв'яка, профіль задається в осьовому перетині фрези.

Внаслідок затилування бічних поверхонь кути профілю для лівого aіл і правої aіп боку у них будуть різними.

Розміри профілю зубів фрези

Для фрез, профільованих на основі конволютного черв’яка, профіль лежить в нормальному перерізі до витків, і його розміри визначаються в цьому перерізі. Кут профілю таких фрез аі приймається рівним куту профілю, а вихідного контуру зубчастої рейки.

Рис. 11.4 – Профіль зубів у нормальному січені N-N

Для фрез, профільованих на основі архімедового черв'яка, профіль задається в осьовому перетині фрези.

Внаслідок затилування бічних поверхонь кути профілю для лівого aіл і правої aіп боку у них будуть різними.

Для корегованого зачеплення, крок між зубами профілю фрези:

в нормальному січенні: ;

в осьовому січенні: ;

Товщина зуба фрези ділильної окружності: ;

приймається рівним від 0,09 мм (при m = 1 мм) до 0,4 мм (при m= 25 мм)

Стандартні черв'ячні фрези мають передній кут g = 00 і задній кут по зовнішньому діаметру aВ = 10 - 120. Черв'ячні фрези можуть проектуватися і виготовлятись і з позитивним переднім кутом g = 10 - 15, проте в даному випадку необхідно провести корекційний розрахунок профілю фрези, що ускладнює їх розрахунок. У нормальному січенні до бічних ріжучих крайок, задній і передній кути будуть іншими, значно меншими, ніж для вершинної ріжучої кромки.

tgaБ = tgaВ × sinaі, tggБ = tggВ × singі.

Аналіз цих рівнянь показує, що на бічних ріжучих крайках кути різання виходять недостатніми. Так, для фрези, у якої a_і = 200, g = 100, a_В = 10 - 120, маємо g_Б = 2030', a_Б = 2030' – 30.

Довжина фрези (L)

L = lРОБ + 2lБ

де lБ – ширина буртиків, мм. lБ = 2 ÷5 мм.

lРОБ – довжина робочої частини фрези, мм.

де Rа, Rf – радіуси зовнішнього і внутрішнього радіусу нарізуючого колеса, мм.

Діаметр буртиків (dБ) приймається на 1 ÷ 2 мм нижче стружкової канавки.

Довжина посадкових ділянок отвору (l1)

l1 = (0,25 ÷ 0,30) × L

11.3. Шевери

Шевери – це складні зуборізні інструменти, призначені для чистової, окремої обробки прямозубих і косозубих циліндричних коліс, як зовнішнього, так і внутрішнього зачеплення. Вони підвищують точність і знижують шорсткість оброблюваної поверхні.

Шевери бувають (рис.11.5) дискові (а), рейкові (б) для обробки циліндричних коліс і черв'ячні (в) для обробки черв'ячних коліс.

Найбільшого поширення мають дискові шевери у вигляді шестерні з гвинтовими зубами.

Рис. 11.5 – Види шеверів

Шевери застосовуються для чистової обробки циліндричних коліс з модулем від 0,2 до 8,0 мм з прямими і гвинтовими зубами зовнішнього та внутрішнього зачеплення. Шевінгування підвищує точність коліс, як правило, приблизно на одну ступінь, при цьому виправляються профіль зубів , крок, направлення зубів, биття зубчастого вінця, а шорсткість поверхні зубів знижується з Ra - 3,2 ÷ 1,6 мкм до Ra = 0 , 80 ÷ 0,40 мкм. Гірше виправляється накопичування похибки кроку.

Суть процесу шевінгування полягає у видаленні великих гребнів шорсткості у вигляді дрібної стружки з бічних сторін зуба.