Проектирование червячных фрез для нарезания прямобочных шлицев

Метод огибания (обкатывания) применяется при проектировании червячных зуборезных фрез и долбяков для нарезания колес с эвольвентным профилем зубьев, для изготовления деталей типа тел вращения с зубьями (шлицами), расположенными на наружной или внутренней поверхности н имеющими различную форму профиля в сечении, перпендикулярном к оси, а также деталей с многократно повторяющимся профилем, например валов с фасонной поверхностью в осевом сечении и др.

На рис. 20.48 приведено несколько примеров профилей таких деталей, которые при обработке по методу обкатывания являются огибающими семейства профилей режущих кромок инструмента.

Среди инструментов, работающих по методу обкатывания, широко применяются червячные фрезы, долбяки и обкаточные резцы. Их достоинствами являются высокая производительность и точность формы изготавлива;

Рис. 20.48. Виды профилей в сечении, перпендикулярном оси, обрабатываемых методом обкатывания.

емых деталей, недостатками — возможность обработки заготовок только данного типоразмера и высокая стоимость инструмента. Таким образом, они являются специальными инструментами, и их применение экономически оправдано только в условиях крупносерийного п массового производства.

В основе формирования профилей деталей этими инструментами лежит принцип обкатывания и взаимного огибания профилей инструмента и детали при качении без скольжения их центроид. Центроидой червячных фрез (рис. 20.49, а) является начальная прямая И, детали — окружность Д. При обработке долбяками (рис. 20.49, 6) центроидами являются две окружности: 14 и Д. При точении обкаточными резцами (рис. 20.49, в) центроида инструмента — окружность И, детали — прямая Д, параллельная оси и касательная к профилю детали.

Наиболее широко применяются в машиностроении червячные фрезы для нарезания фасонных зубьев на наружных поверхностях деталей: шлицевые валы, звездочки передач, храповые колеса и т. д.

Долбяки используются в основном для нарезания зубьев на внутренних поверхностях, а также на наружных поверхностях при работе в упор, например, при наличии фланцев или на ступенчатых деталях. По производительности долбяки уступают червячным фрезам, но более эффективны при малой длине обработки.

Обкаточные резцы применяют относительно редко: при точении длинных маложестких фасонных валиков, например различных рукояток. Кинематика такого резания показана на рис. 20.49, в, откуда следует, что для.

Рис. 20.49. Виды обкаточных инструментов и их центроид:

а — червячная фреза; б — долбяк; в — обкаточный резец такой обработки необходим специальный или оснащенный приспособлением токарный станок.

При проектировании обкаточного режущего инструмента основной задачей является профилирование режущей кромки по заданному профилю детали. При этом, прежде чем приступить к ее решению, необходимо проверить возможность получения данного профиля детали методом огибания.

Условия возможности обработки, но методу огибания (обкатывания). Из теории сопряжения поверхностей следует, что взаимное обкатывание профилей возможно лишь в том случае, когда выполняются следующие условия:

• 1) в точках контакта сопряженные профили имеют общую касательную и нормаль к ней;
• 2) нормаль, проведенная через точку контакта, должна проходить через полюс зацепления Р, который является точкой контакта центроид;
• 3) нормали к профилю детали должны пересекать центроиду детали или касаться ее последовательно. На ломаных поверхностях пересечение нормалей возможно только в теле детали, а не инструмента.

Причинами, ограничивающими возможность обработки методом обкатывания, являются:

• • невозможность построения сопряженного профиля режущей кромки инструмента в соответствии с перечисленными выше требованиями;
• • заострение профиля зуба инструмента;
• • получение при обработке на стыке ломаного профиля переходных кривых, выходящих за пределы ноля допуска на деталь.

Сказанное можно проиллюстрировать следующими примерами. На рис. 20.50, а центроида детали, она же начальная окружность, может занимать положения I и II относительно детали, прямолинейный профиль которой в положении I может быть обработан только на участке ab. Участок профиля выше точки b по методу огибания может быть обработан только при положении II центроиды, т. е. при положении I нормали к профилю детали на участке Ьс не пересекают центроиду.

На рис. 20.50, 6 показано, что режущие кромки двух участков профиля пересекаются между собой, зуб инструмента заостряется и не может обработать деталь на требуемую глубину.

При ломаном прямолинейном профиле на стыках неизбежно образуются переходные кривые (рис. 20.50, в), которые уменьшают границы правильной обработки профиля. Необходимо, чтобы эти кривые не превосходили допустимых пределов по условиям эксплуатации детали.

Пример выполнения третьего условия обкатывания приведен на рис. 20.50, г. Здесь ценгроидой инструмента — обкаточного резца — является окружность И, а цен гроидой детали — прямая Д. При совпадении последней с уча;

Рис. 20.50. Ограничения обработки по методу обката стком I детали нормали к участкам I и II последовательно пересекают центроиду Д, а нормали к участку III пересекаются с ними в теле детали. Следовательно, профиль I—II—III может быть полностью обработан методом обкатывания.

Решение задачи профилирования рассмотрим на примере червячных шлиценарезных фрез, получивших наибольшее распространение на практике.

Профилирование червячных фрез при нарезании нрямобочных шлицев.

Из известных типов шлицев самое широкое применение нашли нрямобочные шлицы с прямолинейной образующей боковой поверхности. При этом образующие двух сторон шлица параллельны и при своем продолжении касаются центра условной окружности радиусом, равным половине толщины шлица Ь/2. Параметрами профиля шлицевого вала в сечении, перпендикулярном его оси, являются: диаметры наружной d_a и внутренней ^ окружностей, радиус начальной окружности r_w, толщина шлица Ь, угол профиля.

Шлицевые соединения вала и втулки технологичны в изготовлении и удобны в сборке. Они стандартизированы и делятся на две группы:

• • с центрированием по наружному диаметру d_a (рис. 20.51, я);
• • с центрированием, но внутреннему диаметру d_f (рис. 20.51, в).

Рис. 20.51. Профили вала с нрямобочными шлицами и центрированием:

а — по наружному диаметру d_a; 6 — по внутреннему диаметру d.

Для облегчения сборки на вершине шлицов снимают фаски шириной /х 45°. Поэтому диаметр d_lr начальной окружности шлицевых валов несколько меньше диаметра d_a наружной окружности. У шлицевых соединений с центрированием по наружному диаметру у основания шлицов вала образуются переходные кривые (галтели), которые должны размещаться в зазоре между внутренними диаметрами вала и втулки. Такие галтели недопустимы при центрировании по внутреннему диаметру. Они заменяются выемками — поднутрениями у основания шлицов, которые, кроме того, служат местом выхода шлифовального круга, когда валы изготавливают термически обработанными. При этом шлифовке подвергаются внутренняя окружность и боковые стороны шлицов.

Обычно профиль червячной фрезы в нормальном сечении N—N (см. рис. 20.49, а) принимается равным профилю рейки, сопряженной с профилем детали. Хотя это приближенный метод профилирования, так как, строго говоря, зацепление имеет пространственный характер, получаемая погрешность вполне укладывается в пределы допусков на точность изготовления профиля детали. При этом следует иметь в виду, что указанная погрешность тем меньше, чем меньше угол подъема витков фрезы т, который принимают равным не более 6°.

Аналитический метод решения задачи профилирования. Известны два метода решения задачи профилирования: графический и аналитический. Первый хотя очень прост и нагляден, но дает большую погрешность даже при увеличении масштаба в 10 раз и более. Поэтому далее воспользуемся вторым, аналитическим, методом.