CC BY
12
УДК 621.914.6
Обеспечение равнонагруженности зубьев
червячно-модульной фрезы
при обработке колес с различным числом зубьев
В. В. Демидов
Одним из способов повышения производительности зубофрезерования цилиндрических колес червячно-модульными фрезами (ЧМФ) является оптимизация режима резания для конкретных условий обработки с учетом определяющих факторов, оказывающих влияние на процесс резания. Важным параметром режима зубофрезерования является величина осевой подачи, которая непосредственно влияет на производительность и качество обработки. В справочной литературе по назначению режима резания при зубофрезеровании ЧМФ учитываются следующие факторы, от которых зависит выбор величины осевой подачи [1]:
• мощность станка;
• вид обработки: черновая или чистовая;
• размер нарезаемого зуба (модуля);
• обработка по сплошному или предварительно обработанному зубу колеса;
• марка и твердость обрабатываемого материала заготовки;
• направление осевой подачи: встречная или попутная;
• величина угла и направление наклона зубьев обрабатываемого колеса;
• заданное качество и точность поверхности зубьев;
• число заходов зубьев фрезы;
• число зубьев обрабатываемого колеса.
Влияние числа зубьев обрабатываемого колеса учитывается очень грубо и необоснованно: из приведенного интервала возможных значений осевой подачи рекомендуется меньшие значения принимать при нарезании колес с числом зубьев меньше 25, большие — при нарезании колес, у которых более чем 25 зубьев [1].
Нами предложен метод обоснованного назначения величины осевой подачи при зу-бофрезеровании ЧМФ в зависимости от числа зубьев обрабатываемого колеса. Сущность метода состоит в следующем. С увеличением числа зубьев колеса увеличивается число зубьев ЧМФ, срезающих материал заготовки во впадине его зубьев при одновременном умень-
шении площади торцового сечения этой впадины. Данные результаты получены измерением площади торцового сечения впадины зубьев стандартных цилиндрических колес с числом зубьев равным 20, 45, 90, 135, методом 2Б-моделирования и имитационным компьютерным моделированием (ИКМ) процесса зубофрезерования этих колес [2], которое позволило определить число зубьев ЧМФ, срезающих материал заготовки во впадине зубьев колеса (рис. 1). Методом ИКМ [3] осуществляли процесс зубофрезерования прямозубых и косозубых колес с углом профиля исходного контура 20°, модулем 3,0 мм, однозаходной правой ЧМФ с наружным диаметром 109,75 мм (новая фреза с наружным диаметром 112,0 мм и падением затылка 4,5 мм переточена до расчетного сечения для исключения влияния степени переточенности фрезы на результаты исследований) и 14 прямыми стружечными канавками при осевой встречной подаче, равной 2,0 мм/об, и скоростью резания 25,0 м/мин. У косозубых колес угол
¥в, мм2 Ы, шт.
шт.
Рис. 1. Влияние числа зубьев колеса Z1 на площадь впадины зубьев Fв и количество зубьев ЧМФ Ы, участвующих в резании:
1-4 — Fв при Рх = 0,10, 20 и 30° соответственно; 5-8 — N при Рх = 0, 10, 20 и 30° соответственно
МЕТАЛЛООБРАБОТКА
МЕТАППИЦ!
наклона винтовой линии зубьев на делительном цилиндре в1 = 10, 20, 30°, направление винтовой линии зубьев правое.
Как представлено на рис. 2, отношение площади впадины зубьев колеса к числу режущих эту впадину зубьев ЧМФ существенно уменьшается с увеличением числа зубьев колеса. Так, увеличение числа зубьев прямозубого и косозубого (в1 = 30°) колес с 20 до 135 уменьшает указанное отношение с 0,90 до 0,50 мм2 и с 0,70 до 0,35 мм2 соответственно.
Методом ИКМ определены максимальные объемы слоев материала заготовки, срезаемые наиболее нагруженным зубом фрезы при подаче 8, равной 2 мм/об и Z1 = 20, 45, 90 и 135 (рис. 3). Отношение Коб максимального объема слоя материала заготовки, срезаемого зубом фрезы при Z1 = 20, к максимальному объему слоя материала заготовки, срезаемого зубом фрезы при Z1 = 45, 90, 135, приведено на рис. 4. Величина этого отношения растет с увеличением Z1 и при Z1 = 135 составляет для прямозубого колеса 2,0, а для косозубого колеса (в1 = 30°) — 2,3. Чтобы создать условия зубофрезерования, при которых максимальный объем срезаемого слоя материала заготовки будет примерно одинаковым при обработке колес с различным числом зубьев (в этом случае обеспечивается равная нагру-женность режущих зубьев фрезы), поступаем следующим образом. Срезаемые зубьями фрезы объемы слоев материала заготовки при нарезании колес с Z1 > 20 можно сделать примерно одинаковыми путем зубофре-
Усс/Ы, мм2 6,0 г
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
Z1, шт.
Рис. 3. Влияние числа зубьев колеса Z1 на максимальный объем слоя материала заготовки Ус с, срезаемого зубом ЧМФ при работе фрезы с осевой подачей:
1—4 — с подачей 8 при Р1 = 0, 10, 20 и 30° соответственно; 5—8 — с подачей Б' при Р1 = 0, 10, 20 и 30° соответственно
зерования колеса с увеличенной осевой подачей Б' = БКоб, значение которой приведено на рис. 4 (отношение Коб должно соответствовать числу зубьев нарезаемого колеса). ИКМ с подачей 8 при Z1 = 45, 90 и 135 подтвердило правильность принятого решения: при в1 = 20, 30° практически обеспечивается равенство срезаемых максимальных объемов слоев материала заготовки одним из зубьев фрезы, а при в1 = 0, 10° с увеличением числа зубьев колес значения этих объемов несколь-
мм2
1,0
Коб Б', мм/об
5,0 г 5,0 -
4,5 4,5 -
4,0 4,0 -
3,5 3,5 -
3,0 3,0 -
2,5 2,5 -
2,0 2,0
1,5 1,5 -
1,0 1,0
0,5 0,5 ,
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130140
Z1, шт.
Рис. 2. Влияние числа зубьев колеса Z1 на отношение площади впадины зубьев к количеству зубьев ЧМФ Ы, участвующих в резании: 1, 2, 3, 4 — FJN при Р1 = 0, 10, 20 и 30° соответственно
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 1 20 1 30 1 40
Z1, шт.
Рис. 4. Влияние числа зубьев колеса Z1 на коэффициент Коб и значения осевых подач Б':
1—4 — коэффициент Ку при Р1 = 0, 10, 20 и 30° соответственно; 5—8 — подача Б' при Р1 = 0, 10, 20 и 30° соответственно
ЙпЛООБШТКА
ко уменьшаются (см. рис. 3). Как показали проведенные методом ИКМ исследования, при зубофрезеровании с подачей Б' происходит существенное выравнивание максимальных площадей поперечных сечений Fc.c срезаемого зубом ЧМФ слоя материала заготовки при различном числе зубьев колеса (рис. 5). Если исходить из известного положения о том, что сила резания пропорциональна площади поперечного сечения срезаемого слоя материала заготовки [4], то на основании полученных результатов можно утверждать, что при зубофрезеровании с увеличенной подачей Б' сила резания, действующая на зубья фрезы, не увеличивается, то есть исключается поломка зубьев ЧМФ при увеличении подачи с 8 до Б'. Установлено также, что увеличение осевой подачи с Б до Б' практически не оказывает влияния на количество одновременно режущих зубьев ЧМФ при различных значениях числа зубьев колеса.
На основании проведенных исследований предлагается следующий метод определения рациональной величины осевой подачи при зубоф-резеровании цилиндрических колес червячно-модульными фрезами, учитывающий конкретное число зубьев обрабатываемого колеса:
• назначение величины осевой подачи Б по известным рекомендациям в справочно-нормативной литературе для нарезания колес с числом зубьев меньше 25.
• определение значения коэффициента Коб, соответствующего числу зубьев нарезаемого
колеса и величине угла наклона винтовои линии зубьев на делительном цилиндре Рх.
• определение расчетной величины осевой подачи Б', устанавливаемой на станке:
Б' = БКоб.
• коррекция расчетной величины осевой подачи Б' по имеющейся подаче на станке.
Для практического использования предлагаемого метода определения рациональной величины осевой подачи при зубофрезеровании цилиндрических колес червячно-модульными фрезами получено уравнение регрессии для коэффициента Коб: в зависимости от числа зубьев колеса Z1 (угол в1 в уравнении регрессии отсутствует ввиду незначительного его влияния на величину коэффициента Коб):
Коб = 2,319 • 10-%3 - 7,905 • 10 + 1,7 • 10-% + 0,687.
-5^2
+
0,10
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
£1, шт.
Рис. 5. Влияние числа зубьев колеса на максимальную площадь поперечного сечения Fс.с слоя материала заготовки, срезаемого зубом ЧМФ при работе с осевой подачей:
1-4 — с подачей Б при Р1 = 0, 10, 20 и 30° соответственно; 5-8 — с подачей Б' при Р1 = 0, 10, 20 и 30° соответственно
Полученные результаты с полным основанием можно распространить на операции зубофрезерования цилиндрических колес червячно-модульными фрезами при других значениях модуля, так как в проведенных исследованиях величина модуля выполняет роль масштабного фактора и не изменяет значения коэффициента Коб.
При использовании предлагаемого метода следует учитывать, что увеличение осевой подачи приводит к увеличению погрешности профиля зубьев колеса. Для подтверждения этого обстоятельства и определения степени влияния большей осевой подачи на погрешность профиля зубьев колеса при разных значениях ^ и угле наклона винтовой линии зубьев на делительном цилиндре в1 проведены дополнительные исследования методом ИКМ. В результате этих исследований установлено, что при увеличении осевой подачи погрешность профиля зубьев прямозубого колеса практически не изменяется, в то время как для косозубых колес эта погрешность существенно возрастает. Следовательно, рекомендуется использовать предлагаемый метод определения рациональной величины осевой подачи для косозубых колес только на черновых операциях зубофрезерования.
Литература
1. Полохин О. В. Нарезание зубчатых профилей инструментами червячного типа. М.: Машиностроение, 2007. 240 с.
2. Свидетельство № 2009612706 РФ о государственной регистрации программы на ЭВМ. Подпрограмма для моделирования процесса зубофрезерования червячной
2
МЕТАЛЛООБРАБОТКА
МЕТАШШ1
фрезой с групповой схемой резания при осевой подаче в рабочей среде пакета Unigraphi.cs ЫХ4.0 / В. В. Демидов, Н. В. Манежнов, Е. В. Демидова; УЛГТУ. 2009.
3. Демидов В. В., Демидова Е. В. Имитационная модель процесса зубофрезерования цилиндрических ко-
лес и корригированных долбяков червячно-модульными фрезами // Технология машиностроения. 2010. № 7. С. 53-57.
4. Ящерицын П. И. Теория резания. Минск: Новое издание, 2005. 512 с.
УДК 621.9
Определение режимов резания при сверлении отверстий малого диаметра в тонкостенных изделиях из труднообрабатываемых материалов
А. В. Никитин
В современном авиационном и энергетическом машиностроении, в судостроении существует проблема сверления отверстий малого диаметра в изделиях из дюралюминиевых нержавеющих, жаропрочных и титановых сталей и сплавов. Решению данной проблемы посвящен ряд работ [1-4] и др.
Режимы резания при сверлении заготовок из труднообрабатываемых цветных сплавов назначаются последовательным выбором глубины резания, подачи и скорости резания [1]. При этом подачи и скорости разбиваются по диапазонам в зависимости от стойкости и диаметра режущего инструмента. Материалы изделий рекомендуется разделять по группам обрабатываемости. Авторы предлагают использовать в качестве обрабатывающего инструмента сверла российского производства с напайными твердосплавными пластинами одностороннего резания, подчеркивая их преимущество по стойкостным характеристикам и качеству обработанной поверхности перед инструментом из быстрорежущей стали.
Также возможно назначение режимов резания по номограммам в соответствии с алгоритмом:
• выбор подачи исходя из условий обработки;
• определение скорости резания исходя из заданной величины шероховатости, с учетом диаметра сверла [2].
В зависимости от указанных параметров выбирается частота вращения шпинделя
станка с учетом конкретной марки обрабатываемого материала, марки и режущих свойств режущего инструмента и применяемых смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС). Для каждого обрабатываемого материала рекомендуется проводить расчетно-экспериментальные исследования в целях выбора марки и геометрии сверла. При этом авторы предлагают выбирать материал инструмента в зависимости от интенсивности износа сверла, варьируя скорость резания. Подчеркивается, что оптимальным для коррозионностойких и жаропрочных сталей и сплавов является инструмент с напайными твердосплавными пластинами. В работе рассмотрены только отечественные инструменты и обрабатываемые материалы.
В работе [3] в качестве основных параметров при назначении оптимальных режимов обработки предлагается использовать скорость и глубину резания, в зависимости от которых выбирают подачу. Учитываются диаметр обрабатываемого отверстия, стойкость инструмента, серийность изготовления, вид обработки и степень автоматизации. Для высокоточной обработки титановых сплавов авторы рекомендуют использовать в качестве режущего инструмента сверла из однокарбид-ных твердых сплавов отечественных марок. В качестве критерия выбора марки твердого сплава принимается величина износа режущей части инструмента с учетом конкретной марки обрабатываемого материала после
