Влияние переточки червячно-модульных фрез с передними углами на точность профиля зубьев ПРЯМОЗУБЫХ колес

Гуськова Елена Валерьевна

Ассистент, УлГУ, г. Ульяновск

Е-mail:

Демидов Валерий Васильевич

канд. техн. наук, доцент УлГТУ, г. Ульяновск

E-mail: demidova777@rambler.ru

Наиболее распространенным способом зубообработки колес является зубофрезерование червячно-модульными фрезами (ЧМФ). Одним из путей повышения эффективности операций зубофрезерования является использование ЧМФ с усовершенствованными конструктивно-геометрическими параметрами и, в частности, ЧМФ из быстрорежущих сталей с положительными передними углами [1, 2]. Однако ЧМФ с положительными передними углами, несмотря на их повышенную режущую способность, до настоящего времени не нашли широкого применения в действующем производстве вследствие того, что точность профиля зубьев колес, обработанных этими фрезами, оказывается ниже точности профиля зубьев колес, обработанных ЧМФ с передними углами, равными нулю. Не изучен также вопрос о влиянии степени переточенности фрез с положительными передними углами на точность профиля зубьев колес.

В связи с выше изложенным, возникает задача точной количественной оценки влияния положительных передних углов и степени переточенности ЧМФ на точность профиля зубьев колес.

Исследования проводили методом имитационного компьютерного моделирования (ИКМ) кинематики процесса зубофрезерования прямозубых колес с модулем 3 мм, углом профиля исходного контура зубчатой рейки 20˚ и числом зубьев, равным 45, ЧМФ с передними углами γ_а0, равными 0, 6, 12 и 18º, и задними углами α_а0, равными, 10,15; 14,50 и 18,70° (величина падения затылка соответственно равна 4,5; 6,5 и 8,5 мм). Наружный диаметр фрез 112 (новые стандартные фрезы), 109,75 (фрезы переточены до расчетного сечения) и 107,50 (предельно сточенные фрезы) мм. Зубофрезерование колес проводили радиальнозатылованными правыми однозаходными ЧМФ, спрофилированными на основе архимедова червяка, с 14-ю прямыми стружечными канавками, плоской передней поверхностью и прямолинейными режущими кромками зубьев (при положительных значениях передних углов теоретический криволинейный профиль боковых режущих кромок зубьев аппроксимирован хордами, связывающими две крайние точки теоретического профиля). Эти фрезы имеют наиболее широкое применение на операциях зубофрезерования колес [2]. Для оценки влияния аппроксимации теоретического криволинейного профиля боковых режущих кромок зубьев хордами на точность профиля зубьев колес дополнительно проводили зубофрезерование фрезами, с указанными выше конструктивно-геометрическими параметрами, но спрофилированными на основе эвольвентного червяка (без аппроксимации теоретического криволинейного профиля боковых режущих кромок зубьев), так как эти фрезы обеспечивают наибольшую точность профиля зубьев колес. Зубофрезерование колес проводили со встречной осевой подачей, равной 1 мм/об, и скоростью резания 25 м/мин. Точность профиля зубьев колес при ИКМ оценивали погрешностью профиля зубьев f_fr, которую определяли по специально разработанной верифицированной программе с использованием координат точек профиля зуба колеса, полученных при моделировании.

Погрешность профиля зубьев колес, обработанных новыми ЧМФ, спрофилированными на основе архимедова червяка, практически не отличается от погрешности профиля зубьев колес, обработанных фрезами, переточенными до расчетного сечения, для всех используемых в исследованиях значений задних углов (отличие не более 1 мкм).

Погрешность профиля зубьев колес, обработанных предельно сточенными ЧМФ, спрофилированными на основе архимедова червяка, ведет себя следующим образом: погрешность профиля тех сторон зубьев колес, которые обработаны левой стороной зубьев ЧМФ (левая или правая стороны зубьев ЧМФ определяются при виде на переднюю поверхность зубьев и вершине зубьев вверху), практически совпадает с погрешностью профиля этих сторон зубьев колес, обработанных ЧМФ, переточенной до расчетного сечения; погрешность профиля противоположных сторон зубьев колес по сравнению с погрешностью профиля зубьев колес, обработанных фрезами, переточенными до расчетного сечения, немного возрастает с увеличением как передних, так и задних углов (не более 2,1 мкм).

Погрешность профиля тех сторон зубьев колес, которые обработаны левой стороной зубьев новых ЧМФ, спрофилированных на основе эвольвентного червяка, практически не отличается от погрешности профиля этих сторон зубьев колес, обработанных фрезами, переточенными до расчетного сечения (отличие не более 1 мкм). Погрешность профиля противоположных сторон зубьев колес по сравнению с погрешностью профиля зубьев колес, обработанных ЧМФ, переточенной до расчетного сечения, возрастает с увеличением как передних, так и задних углов. Так например, после зубофрезерования колес ЧМФ с γ_а0=6° значения f_fr больше значений, полученных после зубофрезерования колес ЧМФ, переточенной до расчетного сечения, на 0,5 (α_а0=10,15°); 0,7 (α_а0=14,50°) и 1,0 (α_а0=18,70°) мкм, а с γ_а0=18° – на 1,4 (α_а0=10,15°); 2,1 (α_а0=14,50°) и 2,7 (α_а0=18,70°) мкм.

Погрешность профиля тех сторон зубьев колес, которые обработаны левой стороной зубьев предельно сточенных ЧМФ, спрофилированных на основе эвольвентного червяка, немного больше погрешности профиля этих сторон зубьев колес, обработанных фрезами, переточенными до расчетного сечения (не более 1 мкм). Погрешность профиля противоположных сторон зубьев колес по сравнению с погрешностью профиля зубьев колес, обработанных фрезами, переточенными до расчетного сечения, возрастает с увеличением как передних, так и задних углов. Так например, после зубофрезерования колес ЧМФ с γ_а0=6° значения f_fr больше значений, полученных после зубофрезерования колес ЧМФ, переточенной до расчетного сечения, на 0,5 (α_а0=10,15°); 0,7 (α_а0=14,50°) и 1,0 (α_а0=18,70°) мкм, а с γ_а0=18° – на 1,5 (α_а0=10,15°); 2,2 (α_а0=14,50°) и 2,9 (α_а0=18,70°) мкм.

Малое отличие в погрешности профиля зубьев колес, обработанных и ЧМФ, спрофилированными на основе архимедова червяка и переточенными до расчетного сечения, от погрешности профиля соответствующих сторон зубьев колес, обработанных новыми и предельно сточенными фрезами, объясняется тем, что у всех этих фрез теоретический криволинейный профиль боковых режущих кромок зубьев аппроксимирован хордами и погрешность аппроксимации практически одинакова для фрез, разной степени переточенности.

Таким образом, ЧМФ с прямолинейными режущими кромками (в нашем случае фрезы на основе архимедова червяка) по влиянию степени их переточенности на погрешность профиля зубьев колес менее чувствительны, чем фрезы с криволинейными режущими кромками (в нашем случае фрезы на основе эвольвентного червяка). Однако в целом погрешность профиля зубьев колес, обработанных фрезами с криволинейными режущими кромками меньше погрешности профиля зубьев колес, обработанных фрезами с прямолинейными режущими кромками, причем с увеличением передних и задних углов эта разница возрастает. Например, после зубофрезерования колес ЧМФ с криволинейными режущими кромками и задними углами α_а0, равными 10,15°, наибольшая погрешность профиля зубьев колес равна: 0,6 мкм при γ_а0=0°; 0,9 мкм при γ_а0=6°; 1,3 мкм при γ_а0=12°; 1,9 мкм при γ_а0=18°. После зубофрезерования колес ЧМФ с прямолинейными режущими кромками и теми же задними углами α_а0, равными 10,15°, наибольшая погрешность профиля зубьев колес равна: 0,6 мкм при γ_а0=0°; 1,4 мкм при γ_а0=6°; 2,9 мкм при γ_а0=12°; 5,2 мкм при γ_а0=18°.

На основании результатов проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1.  При прочих равных условиях погрешность профиля зубьев колес, обработанных ЧМФ, спрофилированными на основе эвольвентного червяка, при разной степени переточенности меньше погрешности профиля зубьев колес, обработанных ЧМФ, спрофилированными на основе архимедова червяка.

2.  ЧМФ, спрофилированные на основе архимедова червяка, по влиянию степени их переточенности на погрешность профиля зубьев колес менее чувствительны к переточке, чем фрезы, спрофилированные на основе эвольвентного червяка.

3.  Изменение значений передних (от 0 до 18°) и задних (от 10,15 до 18,70°) углов ЧМФ не одинаково влияет на погрешность профиля противоположных сторон зубьев колес: погрешность профиля тех сторон зубьев колес, которые обработаны левой стороной зубьев правозаходных ЧМФ, измененяется существенно меньше погрешности противоположных сторон зубьев колес. Можно утверждать, что при зубофрезеровании колес левозаходными ЧМФ, будет наблюдаться противоположная закономерность.

В заключении следует обратить внимание на то, что значения погрешностей профиля зубьев колес получены на основе исследования кинематики процесса зубофрезерования колес (кинематическая погрешность) без учета динамики процесса. Действительные значения погрешности профиля зубьев колес можно оценить путем алгебраического сложения значений погрешности профиля зубьев колес, полученных при зубофрезеровании колес на станке ЧМФ с передними углами, равными нулю, и алгебраической разности значений кинематической погрешности при заданном значении переднего угла фрезы и при переднем угле фрезы, равном нулю [3].

Список литературы

1.            Иноземцев Г. Г. Червячные фрезы с рациональными геометрическими и конструктивными параметрами. – Саратов: Саратовского ун-та, 1961. – 224 с.

2.            Полохин О. В. Нарезание зубчатых профилей инструментами червячного типа. – М.: Машиностроение, 2007. – 240 с.

3.            Демидов В. В., Гуськова Е. В., Полянсков Ю. В. Точность профиля зубьев колес, обработанных червячно-модульными фрезами с положительными передними углами // Технология машиностроения. 2011. № 12. С. 5–9.