Торцеві фрези з гострими зубцями

У даний час більшість робіт з фрезерування площин виконується торцевими фрезами.

Фреза призначена для обробки площин, а також пазів і має, крім торцевих кромок, довгі ріжучи кромки, розташовані на циліндричній частині.

ГОСТ 9304-59 передбачені фрези з дрібним зубом (тип І), які дають чисту поверхню і служать для чистових і напівчистових робіт. Діаметр фрези D діаметр отвору d і ширина фрези визначені стандартом.

Геометричні параметри рекомендуються: передній кут g =12°, задній кут a== 14°; у фрез торцевих із дрібним зубом w = 25 — 30°, у фрез з великим зубом w =35—40°.

Для глибоких обдирних робіт можуть бути застосовані торцеві фрези з великим зубом. Основні розміри фрез регламентовані ГОСТ 9304—59 (тип. II). Виготовлення подібних фрез великого діаметра цільними зі швидкоріжучої сталі недоцільно через велику витрату матеріалу, краще виготовляти їх збірними.

На мал. 1 показана конструкція збірної фрези з клиноподібними рифленими ножами зі швидкоріжучої сталі. Фрези цієї конструкції одержали найбільше поширення і виготовляються діаметром 80—250 мм за ГОСТ 1092—57. Корпус фрези, виготовлений з конструкційної сталі, постачений клиноподібними пазами з кутом 5°. На задній стінці нанесені рифлення, спрямовані уздовж паза. Ніж забивається в клиноподібний паз і утримується в корпусі виникаючими силами тертя, після переточування діаметр фрези можна відновити перестановкою ножів на наступне рифлення.

Фреза, зображена на мал. 1, складається також з корпуса і ножів, але клиноподібний ніж і паз у корпусі мають два кути: повздовжній кут 5° і кут 2°30', тобто паз у корпусі розширюється по напрямку до дна. Другий кут 2°30' дає можливість одержати додаткове висування ножа з корпуса при перестановці ножів на наступне рифлення. На справді, якщо ніж, що має один кут 5°, переставити на одне рифлення, то він займе положення II (на мал. 2 заштриховане); виліт його з корпуса не зміниться. Якщо ж ніж і паз мають подвійний кут (кут 5° і кут 2°30'), то при перестановці на одне рифлення ніж у корпусі займе положення III, і виліт його з корпуса збільшується.

На мал. 3б показана збірна фреза з клиноподібними рифленими ножами, аналогічна фрезі з вставними ножами зі швидкоріжучої сталі.

Такі фрези застосовуються переважно для обробки чавуна, і тому вони оснащені найчастіше твердим сплавом марки ВК8. За ГОСТ 9473—60 фрези випускаються діаметром 80—630 мм.

Геометрія ріжучої частини фрези: передній кут g = 8°; кут w = 0°; кут у плані головної ріжучої кромки j=°90; кут у плані перехідної кромки j =45°; кут у плані допоміжної кромки j= 5°.

Ножі і пази мають подвійний кут клина 5° і 2°30'.

Торцева збірна фреза, призначена для швидкісного фрезерування сталі, показана на мал. 4. За ГОСТ 8529—57 фрези виготовляються діаметром 100— 630 мм із m = 8 — 30.

Ножі 2 мають трапецієподібний поперечний переріз. Вони кріпляться в клиноподібному пазу корпуса 1 гладкими клинами 3 з кутом 5°. Трапецієподібна форма додана ножам, для того щоб виникаючі при роботі фрези радіальні зусилля не виривали ніж з паза корпуса фрези. Як ножі, так і пази в корпусі мають гладкі стінки, без рифленні.

 

Крім описаних типів фрез, існує велика різноманітність інших типів кріплення ножів, що приводяться в технічній літературі останнього року.

Усі перераховані конструкції кріплення (одні в меншому ступені, інші — в більшому) відрізняються перевагами і недоліками.

Загальною метою конструкторів є забезпечення гарне і швидке встановлення ножів у корпусі, для того щоб при заточенні ножів знімався по можливості менший шар твердого сплаву. В окремих конструкціях забезпечується заточення ножів перед зборкою їх у корпус. Таке заточення допускають, наприклад, торцеві фрези конструкції ВНИИ. У корпусі 1 нож 2 встановлюють відносно точно виконаних двох стінок паза, а за допомогою торцевого гвинта 3 і настановного кільця 4 фіксують його виліт.

Останнім часом з'явилися конструкції з механічним кріпленням пластин твердого сплаву. У торцевих фрез конструкції ВНИИ п'ятигранна твердосплавна пластинка надівається на штифт 2, що сидить у корпусі ножа 3. Клин 4 за допомогою гвинта 5 затискає ніж 3 у корпусі фрези 6. У фрез з механічним кріпленням поліпшуються умови роботи пластин твердого сплаву, тому що в пластинках відсутні внутрішні напруження, що виходять після напайки, але, з іншого боку, при механічному кріпленні збільшується вага пластин. Однак якщо застосовувати багатогранні пластинки, які варто повертати в міру затуплення, питома витрата твердого сплаву знижується і конструкція фрез з механічним кріпленням стає раціональною.

Питання для самоперевірки

 

1. Які є типи фрез?

2. Які конструктивні елементи фрез є основними?

3. Як визначити діаметр торцевої фрези?

10. ЧЕРВ’ЧНІ ЗУБОРІЗНІ ФРЕЗИ

[Література (5) с.288...307]

 

Студенти повинні знати: різні конструкції черв’ячних фрез, їх призначення і розрахунок.

Студенти повинні вміти: розраховувати і конструювати черв’ячні фрези.

 

Перш ніж розглянути окремі елементи конструкції черв'ячних зуборізних фрез, розберемо типи черв'яків, на яких побудоване профілювання і розрахунок черв'ячних фрез для евольвентного зачеплення. Бічна поверхня витка черв'яка є гвинтовою поверхнею, що утвориться в результаті гвинтового руху відрізка прямої лінії

На мал. 289,а показана гвинтова поверхня, що утвориться, якщо пряму АВ, що проходить через вісь черв'яка і нахилену під деяким кутом до осі, обертати навколо осі й одночасно (за кожен оберт) переміщати рівномірно уздовж осі. Черв'як, бічні поверхні якого утворені таким чином, зветься архімедов черв'як; ознакою його є утворююча пряма лінія, що проходить через вісь черв'яка.

У перетині бічної поверхні черв'яка площиною, перпендикулярної до осі, виходить архимедова спіраль. Поверхнею черв'яка може бути і гвинтова поверхня, утворена при русі прямої липни АВ, що не проходить через вісь черв'яка (мал. 289,6).

Уявимо собі деякий циліндр радіуса г0; лінію АВ направимо по дотичній до бічної поверхні циліндра. Кут нахилу t цієї лінії стосовно площини, перпендикулярної до осі циліндра, візьмемо рівним куту підйому w₀ гвинтової лінії на циліндрі радіуса r_о. Тоді в результаті гвинтового руху лінії АВ виходить гвинтова поверхня, що зветься евольвентною гвинтовою поверхнею, тому що в перетині площиною, перпендикулярної до осі, виходигь евольвента. Циліндр радіуса r_о називається основним циліндром гвинтової евольвентної поверхні.

Третя гвинтова поверхня, показана на мал. 289, в, має прямолінійний профіль у нормальному перетині витка (чи западини) з кутом підйому t_д гвинта до осі на ділильному циліндрі. У перетині площиною перпендикулярної до осі, третій тип черв'яка дає подовжену евольвенту.

Черв'ячна фреза являє собою того ж черв'яка, але на відміну від останнього фреза має ріжучі кромки. Черв'ячні фрези, як і черв'яки, також можуть бути трьох типів: Архімедові (із прямолінійним профілем у осьовому перетині), евольвентні (фрези з прямолінійним профілем у нормальному перетині по витку або западині).

Архімедові евольвентні черв'ячні фрези виготовляються в основному для фрезерування черв'ячних коліс, причому перші із них - архімедові черв'ячні фрези - одержали більше поширення, тому що їхній простіше виготовляти, чим евольвентні фрези.

Черв'ячні фрези з прямолінійним профілем у нормальному перетині одержали широке поширення для фрезерування циліндричних коліс із прямими і гвинтовими зубами і дотепер вони є основним типом фрез для фрезерування циліндричних коліс. Поряд з цим для фрезерування циліндричних коліс знаходять застосування архімедові черв'ячні фрези з прямолінійним профілем в осьовому перерізі і навіть із прямою канавкою.

Крім зазначених типів циліндричних черв'яків і черв'ячних фрез, застосовуються конічні черв'яки і конічні черв'ячні фрези, глобоїдальні черв'яки (утворені не на прямому циліндрі, а на глобоїді) і глобоїдальні фрези для їхнього виготовлення.

Чорнові черв'ячні фрези робляться зі зниженою точністю, часто з не шліфованим профілем зуба. Для підвищення виробництва чорнові фрези інколи виготовляють двузаходними При збільшенні числа заходів фрези у визначене число раз у стільки ж раз повинно збільшуватися число обертів колеса. Однак практика показує, що підвищення продуктивності при застосуванні двухзаходних фрез порівняно невелике (до 20%), тому що зі збільшенням кута нахилу канавок різко погіршуються умови різання на бічних сторонах профілю і приходиться знижувати подачу. Застосування трьохзаходних фрез зовсім не виправдується.

Чистові черв'ячні фрези, як правило, виготовляються однозаходними, із прямолінійним профілем у нормальному чи осьовому перетинах. Габарити і технічні умови на фрези дані в ГОСТІ 9324-60.

Особливо точні (прецизійні) черв'ячні фрези відрізняються від чистових особливою старанністю виконання, твердими допусками і збільшеним діаметром (збільшення діаметра приводить до підвищення точності профілю фрези).

Зібрані черв'ячні фрези з вставними гребінчастими ножами виготовляють з метою економії швидкоріжучої сталі. Корпус цих фрез виготовляється з конструкційної сталі, а гребінчасті ножі - зі швидкоріжучої сталі. Існує багато конструкцій збірних черв'ячних фрез. Фреза з уставними гребінками великого модуля (м = 10¸36 мм) показана на мал. 290. У корпусі 1 фрези, виготовленої з конструкційної сталі (рекомендується застосування хромистої стлілі 40Х), профрезеровані клиноподібні пази, що звужуються до центра (ухил 1:10). У пази запресовані гребінчасті ножі 2 зі швидкоріжучої сталі. На обох торцях фрези проточені буртики, причому кінці запресованих ножів виступають по обидва боки корпуса і проточуються разом з корпусом. На ці буртики насаджуються бічні кільця 3 у нагрітому вигляді (при температурі 300° С). Остигаючи, кільця стискуються і на зразок обруча охоплюють буртики з гребінчастими ножами. Після охолодження виходить монолітна, дуже міцна конструкція; фреза по міцності нічим не відрізняється від цільної фрези. Ця конструкція дає надійне, гарне кріплення, але не дозволяє робити зміну ножів.

З метою створення раціональних задніх кутів на бічних ріжучих кромках, (до 10°) ВНІІ запропонована конструкція черв'ячної збірної фрези з гостро заточеними зубами (мал. 291). У корпус 1 фрези вставляються комплекти зубів 2, що, з одного боку, щільно притискаються до сухарів 3 привернутими гвинтами 4, з іншого боку, кріпляться затискними гвинтами 5. Ріжучі зуби, що ріжуть, окремо від корпуса шліфуються в спеціальних пристосуваннях. При цьому утворяться плоскі (чи близькі до плоского) задні поверхні. Збільшені задні кути сприяють підвищенню стійкості в порівнянні зі звичайними фрезами. Фрези допускають до 15 переточувань, після чого може бути поставлений новий комплект зубів. Застосовуються також фрези для попереднього нарізування зубів коліс під шевінгування з великими подачами (до 10 мм/об).

На мал. 292 показана схема черв'ячної чистової однозаходної насадної фрези з усіма конструктивними елементами і профіль її зуба в нормальному перетині.

На малюнку tn - крок профілю зуба в нормальному перетині; t_ос, - крок профілю в осьовому перерізі; a_n - кут профілю в нормальному перетині; Sn - товщина зуба в нормальному перетині; Н - висота зуба; Н₁ і Н₂ - відповідно висота голівки і ніжки зуба; D, зовнішній діаметр фрези; D - діаметр отвору фрези; D, - розрахунковий діаметр ділильного циліндра; w - кут нахилу гвинтових канавок (звичайно дорівнює куту підйому витків черв'яка t на ділильному циліндрі); Sк - крок гвинтових канавок: V - кут канавкової фрези; г - радіус заокруглення западини; Н - глибина канавки; a₁ - задній кут; g - передній кут; К і К₁ - величина затилування; D₁ - діаметр буртиків.

Перейдемо до визначення основних конструктивних елементів фрези в тому порядку, у якому виробляється розрахунок черв'ячних фрез.

Визначення профілю в нормальному перетині. Профіль фрези в нормальному перетині (мал. 292) повинний відповідати робочому контуру рейки, якою проводиться обробка нарізання коліс. Дані, що відносяться до профілю, будуть наступні.

Модуль m є вихідною величиною при проектуванні черв'ячної фрези. Якщо фреза призначена для нарізування циліндричних коліс із прямими зубами, модуль буде в точності відповідати модулю колеса в торцевому перетині. Якщо фреза призначена для циліндричного колеса з косими зубами, модуль приймається рівним модулю зубчастого колеса в нормальному перетині.

Кут профілю a_n у нормальному перетині може бути прийнятий рівним куту a_о зачеплення колеса. Однак це не зовсім точно. Теоретичні розрахунки показують, що точність фрез збільшується, якщо приймати корегований кут. В. А. Шишков пропонує коректування кута a_n у залежності від кута підйому витків черв'яка t на ділильному циліндрі (для a_о = 20°) (табл. 29).

Висота голівки зуба h₁ фрези визначається по формулі h₁ = 1,25 m, тобто береться рівній висоті ніжки зубчастого колеса.

Висота ніжки зуба h₂ фрези приймається (з врахуванням зазору між зовнішнім діаметром заготівки і западиною черв'ячної фрези) рівною 1,25т.

Повна висота зуба h =h₁ + h, таким чином, для нормального (a = 20°) зачеплення по стандарті дорівнює 2,5 m.

Крок tn повинний бути рівним кроку нарізаємого колеса при нарізуванні коліс із прямими зубами; для коліс з косими зубами крок tn повинний бути рівним кроку колеса в нормальному перетині.

Товщина Sn зуба в нормальному перетині

 

Кут підйому витків черв’яка на ділильному циліндрі в град	Корегований кут aп в град	Кут підйому витків черв’яка на ділильному циліндрі в град	Корегований кут aп в град
4°30¢	19°59¢ 19°58¢30² 19°58¢ 19°57¢30²	5°30¢ 6°30¢	19°55¢30² 19°56¢ 19°55¢ 19°54¢

 

 

Зуб черв'ячної фрези має заокруглення у вершині і западині: радіус у вершини r₁ = (0,25 - 0,3) т, радіус у впадини r_з = (0,2 – 0,3) т. Якщо профіль повинен бути фланкованим, то даються відповідні елементи фланкування.

У такий спосіб визначаються всі елементи стандартного (a = 20°) профілю в нормальному перетині. Якщо зубчасте колесо має спеціальний чи корегований профіль, то відповідно повинні бути узяті інші елементи профілю; ці елементи звичайно вказуються в робочому кресленні зубчастого колеса.

Існує два принципово різних методи профілювання і виміру профілю фрез: у нормальному перетині (як було описано вище) і в осьовому перерізі. Більш точно можна спрофілювати фрезу, вимірюючи профіль в осьовому перерізі [118]. У ГОСТІ 9324-60 даний такий метод перевірки і профілювання нарівні з методом перевірки і профілювання в нормальному перетині.

Визначення зовнішнього діаметра фрези. Чим більше зовнішній діаметр фрези De, тим менше будуть позначатися помилки профілювання, тим більше можна прийняти діаметр оправки і буде менше вібрації при нарізувані. Але з іншої сторони, збільшення діаметра фрези приведе до зайвої витрати, швидкоріжучої сталі і (при однаковій швидкості різання) знижує продуктивність фрези. Для черв'ячних фрез зовнішній діаметр приймають по ГОСТ 9324-60.

Вибір зовнішнього діаметра De, діаметра отвору d і числа зубців z варто робити за даними табл. 30, де приведені значення зовнішнього діаметра чистових черв'ячних фрез, що забезпечуюсь необхідну точність коліс.

Таблиця 30