Тема IV Зубонарезание

Т е м а IV

ЗУБОНАРЕЗАНИЕ

Узловые вопросы

1.  Методы зубонарезания.

2.  Элементы режима резания и основное время при обработке червячной фрезой.

3.  Элементы режима резания и основное время при зубодолблении.

4.  Методика расчета режима резания при зубодолблении.

5.  Паспортные данные зубодолбежного станка.

6.  Пример расчета при зубодолблении по дополнительному справочнику.

7.  Пример расчета при зубодолблении по альтернативному справочнику.

1. Методы зубонарезания

Основным методом получения зубчатых колес является обработка резанием. Неточные зубчатые колеса можно получать отливкой, а профиль зубчатых колес малого модуля – накатыванием. Получение профиля зубьев с применением лезвийного инструмента может осуществляться по методу копирования и методу обкатки. При первом способе обработки профиль инструмента (пальцевые и дисковые модульные фрезы, рис. 4.1, 4.2) определяется профилем впадины нарезаемого колеса.

а) б)

Рис. 4.1 Нарезание зубчатого колеса дисковой модульной фрезой

Основные параметры процесса фрезерования дисковыми и пальцевыми фрезами по методу копирования, то есть скорость резания V, подачи , и глубина резания t определяются исходя из тех же основных положений, что и при обычном фрезеровании. Фреза прорезает одну впадину (канавку) между зубьями и возвращается в исходное положение. Заготовка с помощью делительной головки поворачивается на 1/z часть оборота и процесс повторяется. Обработка производится на универсально-фрезерных станках. Недостатком нарезания зубчатых колес по методу копирования являются низкая точность обработки и малая производительность, а также необходимость иметь наборы инструментов для каждого модуля, состоящие из 8, 15 или 26 фрез.

а) б)

Рис. 4.2 Нарезание зубчатого колеса пальцевой модульной фрезой

Нарезание зубчатых колес по методу обкатки производится червячными модульными фрезами (рис. 4.5), долбяками (рис. 4.3), строгальными и обкаточными резцами. При обкатке поверхность зуба получается в результате обработки инструментом, режущие кромки которого представляют собой профиль сопряженной рейки или профиль зуба сопряженного колеса, и во время обработки инструмент с заготовкой образует сопряженную (правильно зацепляющуюся) зубчатую пару.

На рис. 4.3 дана схема работы долбяка, где указаны движения долбяка и заготовки в процессе резания: I – врезание (радиальная подача Sрад); II – вращение долбяка вокруг своей оси и III – вращение заготовки вокруг оси (движение обкатки Sкр); IV – рабочее Vр. х. и возвратное (на холостом ходу) Vх. х. движение долбяка; V – для предохранения зубьев долбяка от трения при обратном ходе заготовка в начале обратного хода отодвигается от долбяка и в конце холостого хода возвращается обратно.

Рис. 4.3 Схема нарезания зубчатого колеса долбяком: 1 –долбяк;

2 –нарезаемое колесо

На рис. 4.4 показана схема нарезания долбяком одной межзубой впадины зубчатого колеса, из которого видно, что размеры и конфигурации среза меняются в каждой части контура, а следовательно, изменяется и нагрузка на режущий контур зубьев долбяка. Цифрами от 1 до 12 указаны номера сечений срезов, снимаемых последовательно. Суммарное сечение, приходящееся на все одновременно работающие зубья, является величиной переменной и может быть определено по формуле:

[мм2 ] ,

Рис. 4.4 Схема срезания слоев металла межзубой впадины шестерни долбяком

Процесс зубонарезания имеет следующие особенности:

1. Сечение срезаемого слоя изменяется за время обработки заготовки одним зубом. Кроме того, необходимо учитывать, что в работе участвуют одновременно несколько зубьев;

2. Различные участки лезвия неодинаково нагружаются, так как они срезают слои различного сечения и имеют различную скорость резания;

3. Оптимальная геометрия не может быть обеспечена, так как инструменты имеют весьма сложную форму и совершают сложные движения. Поэтому геометрические параметры назначают исходя из принципа сохранения точности профиля инструмента при его переточках.

2. Элементы режима резания и основное время при обработке

червячной фрезой

На рис. 4.5 показана схема процесса обработки червячной фрезой цилиндрического колеса. В процессе обработки фреза вращается (главное движение) и перемещается вдоль оси заготовки (движение подачи). Заготовка, кинематически связанная с фрезой, также должна вращаться, обеспечивая тем самым обкат и нарезание зубьев по всей окружности заготовки (делительное движение).

Червячная фреза при ее установке на станке поворачивается на угол наклона продольной канавки фрезы при обработке колес с прямыми зубьями и на угол при обработке косозубых цилиндрических колес.

Рис. 4.5 Схема нарезания зубчатого колеса червячной фрезой

Главное движение определяется скоростью вращения фрезы, рассчитываемой по формуле:

[м/мин] ,

где D – наружный диаметр фрезы, мм;

n – частота вращения фрезы в минуту.

Делительное движение представляет собой согласованное и непрерывное вращение заготовки и фрезы, обеспечиваемое кинематикой станка. При обработке однозаходной фрезой станок обеспечивает поворот заготовки на один зуб за один оборот фрезы, а при обработке многозаходной – поворот заготовки на число зубьев, равное числу заходов фрезы, за один поворот последней.

Движение подачи S осуществляется фрезой вдоль оси нарезаемого колеса. Исчисляется оно в миллиметрах на один оборот заготовки.

Глубина резания t при зубофрезеровании равна глубине впадины зубьев нарезаемого колеса, если колесо нарезается за один проход, то есть:

t=2.2m ,

где m – модуль нарезаемого колеса.

Когда число проходов увеличивается, то глубина резания за каждый проход существенно изменяется. Например, при двух проходах (i=2) общая глубина резания t разбивается на tчерн=1.4m при черновой обработке и tчист=0.8m при чистовой.

Основное время при обработке цилиндрических колес червячной фрезой может быть подсчитано по формуле:

[мин] ,

где n – число оборотов фрезы в минуту;

S - подача в мм за один оборот заготовки;

z – число зубьев нарезаемого колеса;

K – число заходов фрезы;

i – число проходов;

L – путь фрезы в направлении подачи в мм, который согласно рис. 4.6 определяется составляющими:

,

где b – ширина венца нарезаемого колеса в мм;

q – количество колес, одновременно обрабатываемых на станке;

=2-3 мм – величина перебега;

- величина врезания;

t – глубина резания в мм;

D – диаметр фрезы в мм;

w - угол установки фрезы на станке (при нарезании прямозубого колеса).

Рис. 4.6 Схема к расчету пути червячной фрезы в направлении подачи

Примечание.

При нарезании косозубого колеса в формулу вместо подставляется , где b - угол наклона зубьев.

3. Элементы режима резания и основное время при зубодолблении

При зубодолблении прямозубых колес главное движение осуществляется за счет прямолинейного движения долбяка. Процесс обкатки обеспечивается синхронным вращением долбяка и заготовки таким образом, что при повороте долбяка на один зуб заготовка также поворачивается на один зуб. Подача исчисляется за время одного хода долбяка. При этом различают круговую подачу по дуге начальной окружности заготовки Sкр и радиальную подачу Sрад в направлении врезания.

Скорость резания при зубодолблении линейная. Скорость поступательного движения при рабочем ходе долбяка может быть подсчитана по формуле:

[м/мин];

где p – отношение Vp.х. – скорости рабочего хода долбяка к Vx.х. – скорости холостого хода;

K – число двойных ходов долбяка в минуту;

L – длина хода долбяка, определяется по формуле (рис. 4.7):

,

где b – ширина венца нарезаемого зуба в мм;

l1 – перебег долбяка на обе стороны в мм.

Рис. 4.7 Схема к расчету длины хода долбяка

Подача при зубодолблении представляет собой длину дуги, измеренную по начальной окружности нарезаемого колеса (долбяка), отнесенную к одному двойному ходу долбяка и называемую круговой подачей (или подачей обката). Круговая подача Sкр измеряется в мм/дв. ход.

Радиальная подача при врезании на полную глубину резания за один двойной ход долбяка, обычно принимается равной:

[мм/дв. ход].

Глубина резания t при работе за один проход равна глубине впадины зуба нарезаемого колеса. Когда зубодолбление производится в несколько проходов, глубина резания соответственно распределяется между ними.

Основное время при обработке зубчатых колес долбяком может быть подсчитано по формуле:

[мин] ,

где m – модуль нарезаемого колеса;

z – число зубьев нарезаемого колеса;

K – число двойных ходов долбяка в минуту;

Sкр – круговая подача;

i – число проходов долбяка;

t – глубина резания;

Sрад – радиальная подача.

4. Методика расчета режима резания при зубодолблении

1. Глубина резания t

При черновом нарезании под шевингование высота зуба колеса при обработке за 1 проход составит t = h = 2.2m.

При чистовой обработке по предварительно прорезанному зубу t = h, где h – величина припуска на зубодолбление по межцентровому расстоянию.

2. Подача

Величину технологически допустимой круговой подачи Sкр (подачи обкатки) выбирают в зависимости от заданной шероховатости обработанной поверхности, модуля нарезаемого колеса и мощности станка. Круговая подача измеряется в мм/дв. ход.

Круговая подача корректируется по станку: Sкр ≥ Sкр. ст.

Радиальная подача Sрад при врезании обычно принимается в долях от круговой: Sрад = (0.10.3)Sкр и измеряется в мм/дв. ход.

Радиальная подача корректируется по станку: Sрад ≥ Sрад. ст.

3. Стойкость Т

Период стойкости долбяка зависит от обрабатываемого материала, вида обработки (черновая или чистовая) и модуля нарезаемого колеса.

4. Скорость резания V

V = [м/мин], Kv = Kм v .

Поправочный коэффициент Kм v учитывает влияние обрабатываемого материала на скорость резания.

5. Число двойных ходов долбяка в минуту K

K = [дв. ход/мин],

где L = l + lвр + lпер : l = b – ширина венца нарезаемого колеса,

lвр = 35 мм – величина врезания,

lпер = 23 мм – величина перебега инструмента.

Число двойных ходов корректируется по станку: K ≥ Kст .

6. Действительная скорость резания Vд

Vд = [м/мин].

7. Проверка по мощности электродвигателя станка

Nрез = СN ·10-4 · ·Vд ·KN [кВт] , где KN = Kм N .

Расчетная мощность: Nрасч = Nрез / η, где η - КПД станка. Если Nрасч ≤ Nст – обработка возможна, если Nрасч > Nст – следует уменьшать скорость резания.

Основное время

[мин].

5. Паспортные данные зубодолбежного станка

Таблица 4.1

Число двойных ходов	K	дв. ход/мин	200; 280; 305; 400; 430; 560; 615; 850
Подача -круговая -радиальная	Sкр Sрад	мм/дв. ход мм/дв. ход	0.16; 0.2; 0.25; 0.315; 0.4; 0.5; 0.63; 0.8; 1.0; 1.25; 1.6 0.006; 0.009; 0.013; 0.036; 0.051; 0.072; 0.15
Мощность двигателя	Nст	кВт	3
КПД станка	η	-	0.65

6.  Пример расчета при зубодолблении по дополнительному

справочнику.

Дополнительный справочник [3]:

Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2 / Под ред. . - 3-е изд. – М.: Машиностроение, 1972. - с. 414 - 431.

Задание

На зубодолбежном станке 5122 нарезают долбяком прямозубое зубчатое колесо с числом зубьев z=45, модулем m=4 мм и шириной венца в=35 мм. Обработка окончательная по предварительно прорезанному зубу. Припуск на обработку h=1.2мм, Rа=2 мкм. Материал заготовки – сталь 20Х твердостью 170НВ. Система СПИД (станок–приспособление–инструмент-деталь) - жесткая.

Режущий инструмент: долбяк дисковый прямозубый; материал рабочей части (пластины) – Р6М5; материал корпуса – сталь 45; геометрические параметры рабочей части: γ =5о, m=4 мм.

Назначить режим резания и определить основное время.

Расчет режима резания

1. В общем случае глубина резания равна высоте зуба. Так как обработка окончательная по предварительно прорезанному зубу, глубина резания определяется припуском на обработку: h=t=1.2 мм.

2. а) Круговая подача Sкр зависит от качества поверхности, модуля и мощности станка. Из табл. 54 [3] выбираем Sтабл =0.22…0.25 мм/дв. ход. С учетом примечания:

Sкр=Sтабл·Kмs=(0.22…0.25)·0.9=0.2…0.225 [мм/дв. ход].

По станку (таблица 4.1) определяем Sкр=0.2 мм/дв. ход.

б) Радиальная подача Sрад:

Sрад=(0.1…0.3)·Sкр=0.2·0.2=0.04 [мм/дв. ход];

По станку (таблица 4.1) определяем Sрад =0.036 мм/дв. ход.

3. По табл. 59 [3] определяем стойкость инструмента: Т=240 мин.

4. Скорость резания :

[м/мин],

по табл. 59 [3] (долбяки зуборезные дисковые, сталь 45, чистовая обработка и 1.5<m<8) определяем параметры: Сv=90; xv=0; yv=0.5; m =0.3.

Следующим шагом расчета необходимо учесть все отличия данных условий обработки относительно тех, для которых даны табличные значения. Для этого находят значения поправочных коэффициентов.

- коэффициент определяется по табл. 60 [3] для стали 20Х.

=34.8 [м/мин].

5. Число двойных ходов долбяка в минуту:

L=l+lвр+lпер=35+5+3=43 [мм].

K== [ дв. ход/мин],

В соответствии с данными станка (таблица 4.1) определяем: Kд=400 дв. ход/мин.

6. Действительная скорость резания:

[м/мин].

7. Проверка по мощности электродвигателя станка:

Nрез= [кВт]

По табл. 67 [3] для дискового долбяка и стали 45: СN=179; xN=2.0; yN=1.0; qN=0.11. С учетом поправочного коэффициента на мощность при зубонарезании для стали 20Х: (табл. 68 [3]) KN=1.1, получаем:

Nрез=179·10-4·0.21.0·42.0·450.11·34.4·1.1=1.89 [кВт]

С учетом КПД станка η=0.65 (таблица 4.1):

Nрасч= [кВт]. Сравнивая с Nст=3.0 [кВт] (из таблицы 4.1): Nрасч=2.9 < Nст=3.0 делаем вывод, что обработка возможна.

Расчет основного времени

[мин].

Для наглядности результаты расчетов можно представить в виде итоговой таблицы:

t, мм	Sкр , м/дв. ход	T, мин	Sрад , м/дв. ход	V, м/мин	To , мин
1.2	0.2	240	0.04	34.8	7.14

7. Пример расчета по альтернативному справочнику

Альтернативный справочник [2]:

Режимы резания металлов. Справочник. / Под ред. . – с. 139 - 152.

Расчет режима резания

1. Глубина резания t. При окончательной обработке, по предварительно прорезанному зубу, глубина резания определяется припуском на обработку:

t = h = 2.2m.

2. а) Круговая подача Sкр зависит от характера обработки, модуля и числа зубьев нарезаемого колеса. На странице 150 [2] выбираем Sтабл =0.22 мм/дв. ход – обработка окончательная после предварительной, m=4 мм, z=45.

С учетом поправочного коэффициента, учитывающего обрабатываеиый материал: Ksм=1.05 (для стали 40Х) и примечания 1 (i=2>1): K′=1.2, определяем круговую подачу:

Sкр=Sтабл·Kм· K′=0.22·1.05·1.2=0.28 [мм/дв. ход].

По станку (таблица 4.1) определяем Sкр=0.25 мм/дв. ход.

б) Радиальная подача Sрад:

Sрад=(0.1…0.3)·Sкр =0.2·0.25=0.05 [мм/дв. ход];

По станку (таблица 4.1) определяем Sрад=0.051 мм/дв. ход.

3. Определяем стойкость инструмента: Т=400 мин, согласно примечанию 3 на стр. 151 [2] для окончательного зубодолбления.

4. Скорость резания:

Vтабл=30 м/мин (обработка окончательная, после предварительной; Kv=1.2 (для стали 20Х); K′=1.2 (примечание 1, для i>2)

· K′=30·1.0·1.2=36 [м/мин].

5. Число двойных ходов долбяка в минуту:

L=l+lвр+lпер=35+5+3=43 [мм].

K== [дв. ход/мин].

В соответствии с данными станка (таблица 4.1) определяем: Kд=305 дв. ход/мин.

6. Действительная скорость резания:

[м/мин].

Расчет основного времени

[мин].

Для наглядности результаты расчетов можно представить в виде итоговой таблицы:

t, мм	Sкр , мм/дв. ход	T, мин	Sрад , мм/дв. ход	V, м/мин	Tо , мин
1.2	0.25	400	0.051	26.2	7.5