Червячно-модульная фреза на основе эвольвентного червяка с положительными передними углами

Авторы патента:

Демидов Валерий Васильевич (RU)

Гуськова Елена Валерьевна (RU)

B23F21/16 - червячные фрезы

Владельцы патента RU 2490100:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области зуборезных инструментов, а именно к червячно-модульным фрезам на основе эвольвентного червяка с положительными передними углами, и может быть использовано для нарезания зубчатых цилиндрических колес с повышенной точностью профиля рабочей стороны зубьев. Фреза содержит зубья с плоской передней поверхностью, параллельной оси фрезы, и прямолинейные режущие кромки. Плоскость передней поверхности зубьев фрезы расположена по касательной к основному цилиндру эвольвентного червяка. Величины передних углов определены в зависимости от радиуса основного цилиндра эвольвентного червяка и радиуса вершин зубьев фрезы. Повышается точность профиля рабочей стороны зубьев колеса. 3 ил.

Известна червячно-модульная фреза на основе архимедового червяка с положительными передними углами, содержащая зубья с плоской передней поверхностью, параллельной оси фрезы, и прямолинейными режущими кромками [см. Полохин О.В. Нарезание зубчатых профилей инструментами червячного типа. - М.: Машиностроение, 2007. - 240 с. (с.53)].

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата, относится то, что при любых положительных значениях передних углов точность профиля обеих сторон зубьев колеса меньше, чем при использовании червячно-модульной фрезы с передними углами, равными нулю, причем с увеличением значения передних углов точность профиля обеих сторон зубьев колеса (в том числе и рабочей стороны зубьев) снижается [см. Иноземцев Г.Г. Червячные фрезы с рациональными геометрическими и конструктивными параметрами. - Саратов: Изд. Саратовского университета, 1961. - 224 с. (с.116-129)].

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению по совокупности признаков является червячно-модульная фреза на основе эвольвентного червяка с положительными передними углами, содержащая зубья с плоской передней поверхностью, параллельной оси фрезы, и прямолинейными режущими кромками и принятая за прототип [см. Иноземцев Г.Г. Червячные фрезы с рациональными геометрическими и конструктивными параметрами. - Саратов: Изд. Саратовского университета, 1961. - 224 с. (с.116-129)].

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известной червячно-модульной фрезы, принятой за прототип, относится то, что при положительных значениях передних углов точность профиля противоположных сторон зубьев колеса изменяется по-разному и зависит от значений передних углов фрезы [В.В. Демидов, Е.В. Гуськова, Ю.В. Полянсков Точность профиля зубьев колес, обработанных червячно-модульными фрезами с положительными передними углами // Технология машиностроения. 2011. №12. С.29-33].

Точность профиля тех сторон зубьев колеса, которые обработаны левой стороной зубьев правозаходных или правой стороной зубьев левозаходных червячно-модульных фрез, изменяется следующим образом (левая или правая стороны зубьев червячно-модульной фрезы определяются при виде на переднюю поверхность зубьев и вершине зубьев вверху): с увеличением передних углов с нуля до значений, определяемых по зависимости (1), точность профиля указанных сторон зубьев колеса повышается; при дальнейшем увеличении передних углов точность профиля указанных сторон зубьев колеса понижается. Значения передних углов фрезы, при которых точность профиля указанных сторон зубьев колеса максимальна:

$γ_{a} = \arcsin (\frac{r_{b}}{R_{a}}), (1)$

где r_b - радиус основного цилиндра эвольвентного червяка;

R_a - радиус вершин зубьев фрезы,

Точность профиля тех сторон зубьев колеса, которые обработаны правой стороной зубьев правозаходных или левой стороной зубьев левозаходных червячно-модульных фрез, с увеличением передних углов с нуля до больших значений монотонно понижается, причем существенно ниже точности профиля противоположных сторон зубьев колеса.

Для зубчатых колес, передающих вращение только одной стороной зубьев (рабочей стороной зубьев) [Каргин П.А. Зубчатые эвольвентные передачи с несимметричными профилями зубьев колес: применение, синтез, изготовление // Вестник машиностроения. 2009. №11. С.3-6], естественно в качестве рабочей стороны зубьев необходимо использовать те стороны, которые обработаны с большей точностью профиля, т.е. стороны зубьев колеса, которые обработаны левой стороной зубьев правозаходных или правой стороной зубьев левозаходных червячно-модульных фрез, причем для получения максимально возможной точности профиля рабочей стороны зубьев колеса передние углы фрез должны быть выполнены в соответствии с зависимостью (1).

Таким образом, назначая произвольно значения передних углов червячно-модульных фрез, нельзя обеспечить максимально возможную точность профиля рабочей стороны зубьев колеса. Возможно лишь случайное совпадение назначенной величины передних углов фрезы с оптимальным значением, определяемым по зависимости (1). Но даже при случайном совпадении назначенной величины передних углов фрезы с оптимальным значением при последующей переточке фрезы из-за наличия затылования ее зубьев изменится радиус вершин зубьев фрезы R_a и, следовательно, изменится оптимальное значение передних углов фрезы [см. зависимость (1)].

Сущность изобретения заключается в следующем. Из теории известно, что самые точные зубчатые колеса с эвольвентным профилем зубьев могут быть изготовлены червячно-модульной фрезой, спрофилированной на основе эвольвентного червяка [см. Кожевников Д.В., Гречишников В.А., Кирсанов С.В., Кокарев В.И., Схиртладзе А.Г. Режущий инструмент: Учебник для вузов / Под редакцией С.В.Кирсанова. - 2-е изд. доп. М.: Машиностроение, 2005. - 528 с. (С.319)]. Несовпадение профиля зубьев (профиля режущих кромок зубьев) червячно-модульной фрезы с соответствующей боковой поверхностью витков основного эвольвентного червяка приводит к снижению точности профиля соответствующей стороны зубьев колеса.

Эвольвентная винтовая поверхность червяка, на основе которого профилируется червячно-модульная фреза, образована вращением прямой линии, касательной к винтовой линии на основном цилиндре червяка. По этой причине в сечении эвольвентной винтовой поверхности червяка плоскостью, касательной к его основному цилиндру, на одной из боковых сторон витка червяка получается прямая линия, т.е. прямая режущая кромка зуба фрезы: у правозаходных фрез - на левой стороне зубьев фрезы, у левозаходных фрез - на правой стороне зубьев фрезы [см. Кожевников Д.В., Гречишников В.А., Кирсанов С.В., Кокарев В.И., Схиртладзе А.Г. Режущий инструмент: Учебник для вузов / Под редакцией С.В.Кирсанова. - 2-е изд. доп. М.: Машиностроение, 2005. - 528 с. (С.322 и рис.10.18, д, е)]. Выполнение режущей кромки зубьев червячно-модульной фрезы в виде прямой линии существенно упрощает контроль точности профиля этой стороны зубьев и повышает точность профиля рабочей стороны зубьев колеса.

Таким образом, для получения прямолинейной режущей кромки на одной из сторон зубьев фрезы, которая обрабатывает рабочую сторону зубьев колеса, необходимо переднюю поверхность зубьев фрезы выполнить в виде плоскости, касательной к основному цилиндру эвольвентного червяка, на основе которого профилируется данная червячно-модульная фреза. Плоскость передней поверхности зубьев фрезы будет касательной к основному цилиндру эвольвентного червяка только тогда, когда значения передних углов будут выполнены в соответствии с зависимостью:

$γ_{a} = \arcsin (\frac{r_{b}}{R_{a}})$ ,

где r_b - радиус основного цилиндра эвольвентного червяка;

R_a - радиус вершин зубьев фрезы.

Только при выполнении этого условия обеспечивается достижение указанного технического результата.

Технический результат - повышение точности профиля рабочей стороны зубьев колеса.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что у известной червячно-модульной фрезы на основе эвольвентного червяка с положительными передними углами, содержащей зубья с плоской передней поверхностью, параллельной оси фрезы, и прямолинейными режущими кромками.

Особенность заключается в том, что передние углы выполнены в соответствии с зависимостью

$γ_{a} = \arcsin (\frac{r_{b}}{R_{a}})$ ,

где r_b - радиус основного цилиндра эвольвентного червяка;

R_a - радиус вершин зубьев фрезы.

На чертежах представлено: на фиг.1 изображен профиль зубьев червячно-модульной фрезы в плоскости, перпендикулярной ее оси; на фиг.2 изображен профиль зубьев червячно-модульной фрезы в плоскости передней поверхности (вид А на фиг.1); на фиг.3 изображен график зависимости погрешности профиля f_fr противоположных сторон зубьев колес, обработанных червячно-модульными фрезами на основе эвольвентного червяка с различными значениями положительных передних углов.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Червячно-модульная фреза на основе эвольвентного червяка с положительными передними углами γ_а содержит зубья с плоской передней поверхностью, параллельной оси фрезы О₀ (фиг.1), и прямолинейными левой L и правой R режущими кромками (фиг.2). Плоскость передней поверхности зубьев фрезы является касательной к основному цилиндру эвольвентного червяка с радиусом r_b. Радиус вершин зубьев фрезы равен R_a. Передние углы фрезы γ_а выполнены в соответствии с зависимостью, приведенной в формуле изобретения. Радиус основного цилиндра эвольвентного червяка r_b определен по известной зависимости [см. Кожевников Д.В., Гречишников В.А., Кирсанов С.В., Кокарев В.И., Схиртладзе А.Г. Режущий инструмент: Учебник для вузов / Под редакцией С.В. Кирсанова. - 2-е изд. доп. М.: Машиностроение, 2005. - 528 с. (С.324)]:

$r_{b} = \frac{m \cdot i}{2 \sqrt{(t g^{2} α_{0} + \sin^{2} γ_{m 0})}}, (2)$

где m - модуль зубчатого колеса;

i - число заходов витков основного эвольвентного червяка;

α₀ - угол профиля исходного контура зубчатой рейки;

γ_m0 - угол подъема винтовой линии зубьев фрезы на делительном цилиндре в расчетном сечении.

Для правозаходной червячно-модульной фрезы прямолинейные левые L режущие кромки зубьев совпадают с поверхностью основного эвольвентного червяка (погрешность профилирования этих сторон зубьев фрезы равна нулю), а прямолинейные правые R режущие кромки зубьев не совпадают с поверхностью основного эвольвентного червяка (погрешность профилирования этих сторон зубьев фрезы не равна нулю).

Для левозаходной червячно-модульной фрезы прямолинейные правые R режущие кромки зубьев совпадают с поверхностью основного эвольвентного червяка (погрешность профилирования этих сторон зубьев фрезы равна нулю), а прямолинейные левые L режущие кромки зубьев не совпадают с поверхностью основного эвольвентного червяка (погрешность профилирования этих сторон зубьев фрезы не равна нулю).

Работа предлагаемой червячно-модульной фрезы осуществляется следующим образом.

При использовании правозаходной червячно-модульной фрезы рабочая сторона зубьев колеса обрабатывается левой стороной зубьев фрезы, а при использовании левозаходной червячно-модульной фрезы - правой стороной зубьев фрезы. При значениях передних углов фрезы, определяемых по зависимости, приведенной в формуле изобретения, обеспечивается наибольшая точность профиля рабочей стороны зубьев колеса (точность профиля противоположной стороны зубьев колеса существенно ниже).

Указанные выше теоретически обоснованные закономерности подтверждаются результатами исследований, проведенных методом имитационного компьютерного моделирования [Свидетельство №2008612202 РФ о государственной регистрации программы на ЭВМ. Подпрограмма для моделирования процесса зубофрезерования червячной фрезой в рабочей среде пакета Unigraphics NX4.0 / B.В. Демидов, А.В. Попович; УлГТУ. - 2008], по влиянию значения передних углов червячно-модульных фрез на точность профиля зубьев колеса. В частности, на фиг.3 приведена погрешность профиля f_fr противоположных сторон зубьев колес, обработанных однозаходными червячно-модульными фрезами на основе эвольвентного червяка с различными значениями положительных передних углов, содержащими зубья с плоской передней поверхностью, параллельной оси фрезы, и прямолинейными режущими кромками: радиус вершин зубьев фрезы R_a=56 мм, модуль m=6 мм, количество стружечных канавок 14, угол профиля исходного контура зубчатой рейки 20°, количество зубьев прямозубого колеса 45, подача осевая встречная 1 мм/об, скорость резания 25 м/мин, радиус основного цилиндра эвольвентного червяка r_b, равный 8,12 [определен по зависимости (2)], передние углы фрез γ_а=0; 8,34 (определен по зависимости, приведенной в формуле изобретения); 6; 12; 18°. На фиг.3 кривая Соответствует погрешности профиля f_fr тех сторон зубьев колеса, которые обработаны левой стороной зубьев правозаходных или правой стороной зубьев левозаходных червячно-модульных фрез, а кривая 2 соответствует погрешности профиля f_fr тех сторон зубьев колеса, которые обработаны правой стороной зубьев правозаходных или левой стороной зубьев левозаходных червячно-модульных фрез. Как видно из приведенных на фиг.3 графиков, погрешность профиля f_fr противоположных сторон зубьев колеса существенно отличается как по характеру поведения, так и по величине; наименьшее значение f_fr получено для рабочей стороны зубьев колеса при передних углах фрезы, выполненных в соответствии с зависимостью, приведенной в формуле изобретения.

Червячно-модульная фреза на основе эвольвентного червяка с положительными передними углами, содержащая зубья с плоской передней поверхностью, параллельной оси фрезы, и прямолинейными режущими кромками, отличающаяся тем, что плоскость передней поверхности зубьев фрезы расположена по касательной к основному цилиндру эвольвентного червяка, а величины передних углов определены по зависимости:
$γ_{a} = \arcsin (\frac{r_{b}}{R_{a}})$
где r_b - радиус основного цилиндра эвольвентного червяка;
R_a - радиус вершин зубьев фрезы.

Похожие патенты:

Червячная фреза // 2481927

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при фрезеровании поверхностей в любом направлении вращения. .

Червячно-модульная фреза для нарезания зубчатых колес с эвольвентным профилем зубьев // 2467840

Изобретение относится к области зуборезных инструментов, а именно к червячно-модульным фрезам, и может быть использовано при зубофрезеровании зубчатых колес с эвольвентным профилем зубьев.

Червячная фреза для нарезания зубчатых деталей // 2464135

Изобретение относится к области зуборезных инструментов, а именно к червячным фрезам, и может быть использовано при зубофрезеровании зубчатых деталей. .

Червячная фреза для нарезания зубчатых деталей // 2464134

Червячная многозаходная фреза для нарезания зубчатых деталей // 2464133

Изобретение относится к области зуборезных инструментов, а именно к червячным многозаходным фрезам, и может быть использовано при зубофрезеровании зубчатых деталей.

Комбинированная сборная упрочняющая червячная фреза // 2457085

Изобретение относится к машиностроению, к обработке металлов резанием, в частности к конструкциям червячных сборных фрез, и может быть использовано для обработки зубофрезерованием с упрочнением зубьев колес методом обкатывания.

Двухпроходная комбинированная сборная червячная фреза с упрочнением // 2456137

Червячная однозаходная фреза для нарезания зубчатых деталей // 2444421

Изобретение относится к области зуборезных инструментов, а именно к червячным однозаходным фрезам, и может быть использовано при зубофрезеровании зубчатых деталей.

Червячно-модульная фреза на основе эвольвентного червяка для нарезания цилиндрических зубчатых колес // 2442678

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к червячно-модульным фрезам, и может быть использовано для нарезания цилиндрических зубчатых колес. .

Червячная зуборезная фреза гребенюка // 2429952

Изобретение относится к металлорежущему инструменту для обработки зубчатых колес, в частности к червячным зуборезным фрезам для нарезания зубьев колес с эллиптическим профилем зубьев в нормальном сечении и преобразуемых в круговой профиль зубьев в торцовом сечении колеса.

Сборная червячная фреза // 2507041

Фреза состоит из корпуса, режущих реек и элементов их крепления. Для увеличения количества реек и исключения их переточек режущие рейки установлены с плотным прилеганием друг к другу из условия увеличения максимально возможного количества реек для данного диаметра фрезы, а их толщина в поперечном сечении рейки по вершинам зубьев уменьшена и выбрана из условия их прочности на излом от действия сил резания и составляет величину 0,1-2 высота зубьев рейки. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Сборная червячная фреза // 2532746

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях металлорежущих инструментов для фрезерования деталей. Сборная червячная фреза содержит ряд продольных пазов, в которых установлены опорные и упорные рейки, образующие инструментальные блоки, которые, в свою очередь, закреплены винтами с помощью зажимных и опорных сухарей от осевого смещения, режущие элементы базируются в угловых пазах упорных реек с помощью зажимных клиньев. В продольных пазах имеются плоская вертикальная поверхность и противоположная поверхность, выполненная под углом α1. Одна поверхность зажимных клиньев выполнена плоской и вертикальной, а противоположная выполнена под углом α. Каждый следующий сменный инструментальный блок смещен относительно предыдущего на величину, которая определяется по приведенной расчетной формуле. Обеспечивается расширение технологических возможностей. 7 ил.

Способ определения износа зубьев червячной фрезы // 2590735

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для оптимизации технологических и конструктивных параметров процесса зубофрезерования. Способ характеризуется тем, что предварительно с помощью зубофрезерного станка нарезают зубчатое колесо червячной фрезой, измеряют износ ее зубьев за период нарезания колеса и устанавливают зависимость износа зубьев от размеров срезаемых ими слоев, а при рабочем нарезании зубчатого колеса износ зубьев червячной фрезы определяют по заданным размерам срезаемых слоев из соотношения: , где h1 - износ зуба за один рез; a ср - средняя толщина срезаемого слоя, равная , a вх - заданная наибольшая толщина срезаемого слоя на входе в зону резания, a вых - заданная наибольшая толщина срезаемого слоя на выходе из зоны резания; l - заданная длина срезаемого слоя; λ - коэффициент формы срезаемого слоя, равный ; V - скорость резания. 1 ил., 1 табл.

Способы обработки гиперболоидных червяков и червячных зуборезных инструментов и устройство для их реализации // 2597933

Группа изобретений относится к способу обработки гиперболоидного червяка, устройству, позволяющему реализовать указанный способ, и вариантам способа обработки червячного зуборезного инструмента, у которого образующая поверхность сформирована гиперболоидным основным червяком. Способ обработки гиперболоидного червяка заключается в продольной подаче режущего инструмента в горизонтальной плоскости и наклоне оси вращения червяка под углом, равным углу подъема его винтовой линии, за счет использования переднего и заднего центров с шариковыми вершинами и сдвига заднего центра относительно переднего центра станка при сдвиге плоскости установки производящего профиля инструмента относительно оси переднего центра станка. Способы обработки червячного зуборезного инструмента заключаются в выполнении обработки основных поверхностей гиперболоидных червячных зуборезных инструментов - винтовой поверхности основного червяка, их стружечной канавки, передней поверхности зубьев и их затылованной задней поверхности. Обеспечивается упрощение процесса обработки червяков. 6 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

Сборный гиперболоидный червячный зуборезный инструмент, сменные поворотные неперетачиваемые режущие пластины для его оснащения и способ их эксплуатации // 2634565

Сборный гиперболоидный червячный зуборезный инструмент содержит корпус и режущую часть из вставных зубчатых реек, введенных в канавки, выполненные на этом корпусе по нормали к углу подъема винтовой линии основного червяка на его начальном цилиндре диаметра, и закрепленных на этих рейках поворотных быстросменных режущих пластин с профилем, соответствующим профилю зубьев рейки. При этом для упрощения конструкции инструмента каждая режущая пластина закреплена на рейке винтом, введенным с ее тыльной стороны в отверстие и в отверстие в режущей пластине, а со стороны ее передней поверхности - завинченным гайкой. При этом нижняя часть профиля пластины введена с базированием ее боковых сторон в соответствующие ее профилю винтовые канавки, выполненные на корпусе или между зубцами гребенки, или различного вида штифтами, установленными на рейке. Корпус выполнен гиперболоидным с винтовыми канавками или цилиндрическим без винтовых канавок или с винтовыми канавками. Достигается повышение точности обработки зубчатых колес за счет уменьшения огранки. 6 н. и 16 з.п. ф-лы, 29 ил.