9 Проектування черв'ячної модульної фрези
9.1 Загальні відомості
Черв'ячні модульні фрези призначені для нарізування циліндричних евольвентних зубчастих коліс зовнішнього зачеплення з прямими і гвинтовими зубцями. Крім того вони застосовуються для нарізування черв'ячних коліс і зубчастих секторів.
Черв'ячна фреза являє собою перетворений у різальний інструмент черв'як, у якого для утворення різальних кромок, прорізані стружкові канавки й затиловані (спеціальна технологічна операція, що забезпечує позитивні задні кути) на задні поверхні зубців. Останнє необхідно для сталості профілю зуба при перегостреннях, що ведуться тільки по передній поверхні зубців фрези.
Черв'як, на основі якого проектується фреза і потім перетворюється в різальний інструмент, називають основним. Він характеризується типом
гвинтової поверхні. Для основних черв'яків застосовують так звані лінійчаті гвинтові поверхні, тобто поверхні, утворені гвинтовим рухом прямої лінії (архимедова, конволютна, евольвентна [2].
Різальні кромки черв'ячних фрез при цьому розташовуються на поверхні архімедових, конволютних чи евольвентних черв'яків.
Теоретично правильне зачеплення з евольвентним колесом забезпечує тільки евольвентний черв'як, тобто черв'як, гвинтова поверхня якого утворена гвинтовим рухом прямої лінії, що не перерізає вісь обертання і віддаленої від неї на постійну відстань, дорівнюючу радіусу основного циліндру [2, 5]
, (9.1)
де m – модуль основного черв'яка;
mо - кут підйому витків на середньому (середній розрахунковий діаметр черв'ячної фрези, див. далі) діаметрі черв'яка;
во – кут підйому сліду перерізу гвинтової поверхні черв'яка з поверхнею основного циліндра
cosво = cosmо cos,
де – кут профілю основного черв'яка (кут профілю колеса, що нарізається фрезою).
Виток такого черв'яка в перерізі торцевою площиною обкреслений по евольвенті, а сам черв'як можна розглядати як специфічне гвинтове евольвентне колесо з числом зубців рівним числу заходів черв'яка. Таким чином, зачеплення евольвентного колеса з евольвентним черв'яком можна розглядати як специфічне зачеплення двох евольвентних коліс, одне з яких – евольвентний черв'як – є гвинтовим з великим кутом нахилу зубців і малим їхнім числом, що забезпечує теоретично правильне евольвентне зачеплення.
Однак використання евольвентного черв'яка в якості основного при проектуванні і виготовленні черв'ячних модульних фрез практично неможливе. Обумовлено це тим, що профіль евольвентного черв'яка в нормальному й осьовому перерізах – перерізах, де відбувається формування профілю черв'ячної фрези різцем чи шліфувальним кругом при виготовленні, – має складну криволінійну форму. Розрахунок криволінійного профілю черв'яка (фрези) складний, а профілювання його для одержання інструмента другого роду, тобто інструмента для виготовлення інструмента, технологічно важко виконується.
Крім того, при радіальному затилуванні, що застосовується в даний час, у переважній більшості випадків при перегостреннях фрези не забезпечується сталість профілю – змінюється при перегостреннях зовнішній і середній діаметр - а отже кут то і rво (формула (9.1)) , тобто різальні кромки фрези зміщаються з поверхні теоретично необхідного евольвентного черв'яка. Для збереження положення різальних кромок фрези, при перегостреннях на поверхні основного евольвентного черв'яка необхідно, щоб рух затилування було спрямовано уздовж осі фрези. Останнє прийнятно тільки для одержання задніх кутів на бічних сторонах зубців фрези, а задні кути на вершинах зубців повинні забезпечуватися яким-небудь іншим способом – наприклад, зміною висоти голівки зуба. Радіальне затилування забезпечує положення різальних кромок, фрези при перегостреннях поверхні первісного основного черв'яка тільки в тому випадку, якщо профіль цих кромок прямолінійний.
Тому теоретично необхідний евольвентний основний черв'як при проектуванні фрез заміняють архимедовим чи конволютним, які мають відповідно прямолінійний профіль в осьовому чи нормальному перерізах. Звідси і два методи наближеного профілювання (завдання й одержання профілю) черв'ячних фрез:
- профілювання в осьовому перерізі (основний черв'як архимедов);
- профілювання в нормальному перерізі (основний черв'як
конволютний).
При профілюванні фрези в осьовому перерізі (переріз, що проходить через вісь фрези) вона має прямолінійний трапецієподібний профіль зубців в осьовому перерізі, при профілюванні в нормальному перерізі – прямолінійний трапецієподібний профіль зубців у нормальному (перпендикулярно витку на середньому діаметрі основного черв'яка) перерізі. Фрези з основним архимедовим черв'яком забезпечують у порівнянні з фрезами з конволютним черв'яком одержання більш точних евольвентних коліс, тому що архимедов черв'як має найбільше наближення до теоретично необхідного евольвентного. Однак профілювання фрез в осьовому перерізі технологічно складніше – необхідне виправлення шліфувального кола для затилування в осьовому перерізі по складної кривої, тому що круг розвертається по витку черв'яка і формування профілю йдуть у перерізі близькому до
нормального, де профіль архимедова черв'яка є криволінійним. Тому цей метод застосовують при проектуванні точних (прецизійних класу АА; див. розділ 8.2) фрез, у всіх інших випадках через більшу технологічність застосовують метод профілювання в нормальному перерізі – шліфувальний круг для затилування в осьовому перерізі правлять по прямих.
Проектування черв'ячної модульної фрези після вибору методу профілювання проводять відповідно до викладених нижче розділів.