Исследование и проектирование червячной фрезы с комбинированной передней поверхностью (стр. 2 из 13)
Для возможности увеличения продольной подачи следует уменьшить нагрузку максимально загруженных режущих кромок за счет перераспределения ее на неработающие или малонагруженные кромки. Нагрузку, приходящуюся на крайние зубья, распределяют на зубья а, лежащие за крайним работающим зубом, дальше от полюса профилирования Р, путем увеличения высоты головки этих зубьев (рис.1.3). Этот способ аналогичен выше изложенному (фреза Bestcut), но в данном случае фреза имеет обратную конусность. Причем форма наружной поверхности зубьев фрезы определяется размерами изделия (диаметром, числом и размерами зубьев) и принятыми за основу условиями резания и распределения нагрузки. Разные авторы проектируют фрезы исходя из разных условий распределения работы между отдельными зубьями. Сложные кривые, получающиеся на основе теоретических расчетов, для упрощения изготовления фрез обычно заменяют дугой окружности. Иногда для выравнивания загрузки боковых режущих кромок по длине фрезы изменяют не только высоту, но и толщину зубьев.
Во всех конструкциях фрез изменяются только размеры зубьев, производящих предварительную обработку впадины колеса. Зубья фрезы на участке профилирования имеют обычные размеры. В работе такие фрезы должны занимать определенное положение по отношению к оси нарезаемого колеса. Передвижение их по длине недопустимо. Эти фрезы имеют те же недостатки, что и фрезы Bestcut, поэтому выгодность их применения существует только при снятии больших сечений стружки, когда силы резания значительны. Поэтому, эти фрезы применяют только для черновой предварительной обработке зубчатых колес больших модулей – свыше m=6 мм, с большим числом зубьев, больших диаметров и при большой подаче.
Для правильного зацепления зубчатых колес, в том числе рейки и колеса, необходимо равенство основных шагов профилей их зубьев t01=t02. Основной шаг измеряется по нормали к профилю. Профиль зубьев колеса может быть образован не только рейкой с углом профиля aд, равным углу профиля исходного контура, но и рейкой с другим углом профиля, например, a`, меньшим, чем угол aд профлия исходного контура, при условии, что основной шаг зубьев рейки по нормали к ее профилю будет равен основному шагу зубьев нарезаемого колеса, т.е.
t0И = p*dд1*cosaд= t01 (1)
где t0И – основной шаг зубьев рейки по нормали
aд – угол профиля нарезаемого колеса
dд1 – диаметр делительной окружности нарезаемого колеса
Уменьшение угла профиля фрезы способствует улучшению чистоты нарезаемого профиля зубьев колеса. При уменьшении угла профиля фрезы длина активного участка линии профилирования увеличивается, а следовательно, увеличивается число режущих кромок фрезы, производящих профилирование.
Из формул [1], определяющих величины гребешков после обработки f по высоте и fб по длине зуба (2), видно, что с уменьшением угла профиля фрезы aи – высота гребешков как в продольном, так и в поперечном направлениях уменьшается. Уменьшение гребешков по длине зуба – волнистости – позволяет при сохранении той же чистоты обработки увеличить продольную подачу фрезерования и тем самым повысить производительность обработки.
; 
(2)где z0 – число заходов фрезы
zи – число зубьев фрезы
z1 – число зубьев нарезаемого колеса
S0 – величина продольной подачи на один оборот заготовки в мм.
Deu – наружный диаметр фрезы
b - угол наклона зубьев фрезы (для прямозубых колес b=0).
Толщина вершины зуба фрезы при уменьшении угла профиля увеличивается, что обеспечивает повышение стойкости фрезы.
При изменении угла профиля происходит перераспределение нагрузки между вершиной и боковыми режущими кромками. При уменьшении угла профиля нагрузка на вершинную кромку увеличивается, а на боковые кромки – снижается.
Недостатком этих фрез является то, что они применимы только для обработки колеса определенных размеров, для которого они спроектированы, как видно из (1). Кроме того, с уменьшением угла профиля фрезы величина задних углов на боковых режущих кромках уменьшается. Этот недостаток можно устранить, применив достаточно сложную операцию углового затылования боковых задних поверхностей зубьев.
Схема работы стандартной фрезы (рис.1.4) характерна тем, что в работе одновременно участвуют две или три режущих кромки зуба, которые срезают слои неодинаковой толщины. Наиболее толстый слой срезает вершина, тоньше срезает входная режущая кромка и самый тонкий слой - выходное лезвие. Наиболее интенсивно изнашивается задняя грань выходного лезвия, несмотря на то, что толщина среза мала. Этот износ локализуется вблизи вершины в форме треугольника, и вдоль него очень часто можно видеть глубокую царапину, образовавшуюся в результате прорыва режущей кромки. Задняя грань остальной активной части лезвия, изнашивается весьма слабо. Повышенный износ этой грани объясняется отсутствием достаточной площадки для схода срезаемой стружки. Последнее, вызвано отклонением вершинной стружки в сторону выходной стороны. Очевидно, для того чтобы увеличить стойкость фрезы, необходимо обеспечить лучшие условия для сбега стружки (см. приложение 1 и 2).
На рис.1.5 приведен профиль зуба червячной модульной фрезы с прогрессивной схемой резания [9]. Как видно, сущность данной схемы резания заключается в том, что зубья фрезы вдоль витка с нечетными номерами срезают стружку только вершинами, в то время как зубья с четными номерами срезают стружку только боковыми сторонами. Такая схема обеспечивает свободный сход стружки при работе всех режущих кромок и высокую стойкость фрезы. Предлагаемая схема очень сходна с прогрессивной схемой резания протяжек, поэтому и названа нами прогрессивной.
Для осуществления прогрессивной схемы резания необходимо, чтобы зубья с нечетными номерами были завышены и одновременно заужены относительно зубьев с четными номерами, имеющими профиль зубьев стандартной фрезы. К недостаткам данной конструкции фрезы можно отнести более сложную технологическую операцию затылованию зубьев. Во-первых, необходим не один, а 2 различных профильных круга, во-вторых, зубья необходимо затыловать по очереди, сначала, например, четные, потом - нечетные, что ведет к увеличению времени обработки.
В своей основе процессы зубонарезания и токарной обработки имеют много общего. Рассмотрим несколько интересных классических решений, применяемых при конструировании токарных резцов с целью повышения их стойкости и производительности [7]. Токари высокой квалификации издавна применяли резцы «ложкой» или «резцы с выкружкой» (рис.1.6а). На основании своего многолетнего практического опыта они установили, что резцы с выкружкой «легче» работают и «меньше дробят», меньше вибрируют, даже при работе на изношенных станках с люфтами. Динамометрические опыты проф. Н.Н.Саввина еще в начале ХХ века показали, что указанная форма резцов, всегда связанная с уменьшением угла резания, снижает силу резания на 20-30%. Выкружка увеличивает поверхность контакта резца со стружкой, что уменьшает удельное давление на контактной поверхности и улучшает теплоотвод. Указанная форма передней поверхности, соответствующая естественному износу, способствует завиванию стружки в спирали, медленно отходящие от заготовки. Были также предложены конструкции резцов с уменьшенной передней поверхностью, которая фактически превращалась в фаску 2-3 мм (рис.1.6б). Угол резания на фаске составлял 60-700. За фаской делалась глубокая выкружка, так что касательная в начале выкружки составляла со второй координатной плоскостью всего 300. Однако, наблюдения за износом резцов с выкружкой или с укороченной передней поверхностью показывают, что износ уменьшается лишь в первый минуты работы, затем фаска сужается, ввиду концентрации на себе давления резания и тепла. Поэтому, такие резцы хоть и работают при меньших силах, но имеют недостаточный период стойкости.
Резцы с фаской вместо передней поверхности не получили распространения, но небольшая фаска, сделанная на передней поверхности, перешла в конструкцию современных инструментов, так как она предупреждает их выкрашивание и увеличивает стойкость.
1.2 Цель и задачи дипломного проекта
Обобщая результаты анализа можно сделать следующие выводы:
1. Предложенные методы решают проблему неравномерного износа зубьев фрезы только в каком-то конкретном случае, для определенных условий обработки и параметрах заготовки.
2. Для случаев, когда силы резания велики, и проблема недостаточной стойкости фрез стоит особо остро (при обработке крупных зубчатых колес), предложенные методы требуют больших экономических затрат, и поэтому могут быть реализованы только в условиях массового производства.
На основании данных выводов можно сформулировать цель дипломного проекта: повышение стойкости червячных модульных фрез.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ особенностей резания червячными фрезами.
2. Рассчитать фрезу измененной конструкции.
3. Провести расчет сил резания при фрезеровании данной фрезой.
4. Разработать технологию чистовой обработки рабочих поверхностей червячной фрезы.
5. Провести внедрение результатов проектирования в учебный процесс.