Устройство для затылования червячных фрез и правки абразивного круга

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности станкостроения. Технически достижимый результат - повышение точности затылования червячных фрез. Устройство для затылования червячных фрез содержит тумбу, на которой смонтированы стол продольного перемещения фрезы по управляемым координатам и стол поперечного перемещения шлифовального круга по управляемым координатам, фреза устанавливается в шпиндельной бабке, имеющей возможность вращения по двум управляемым координатам: вращения, осуществляемое приводом вращения фрезы и вращение шпиндельной бабки вокруг своей оси, осуществляемое приводом вращения шпиндельной бабки, а шлифовальный круг, имеющий возможность вращения, установлен в шпиндельном узле шпиндельной бабки, имеющей привод главного движения - вращение шлифовального круга и привод вертикального перемещения телескопического типа. Правка абразивного шлифовального круга для затылования червячных фрез включает позиционирование правящего инструмента в виде алмазной иглы, установленной в зоне обрабатываемой фрезы относительно абразивного круга с дальнейшим перемещением правящего инструмента относительно вращающегося алмазного круга по заданной криволинейной траектории в несколько проходов, а перемещение правящего инструмента осуществляют по траектории идентичной траектории кромки затылуемой части фрезы. После завершения каждого прохода осуществляют подачу алмазной иглы посредством ее поворота вокруг продольной оси z затылуемой фрезы на угол =0,2÷1,5° с последующим и ее перемещения относительно поверхности правящего круга одновременно параллельно оси z -на величину u=р·, и перпендикулярно оси z - на величину w=а·, при этом:

р=P_x·z_зах /360;

а=(k·z₃/360)·[(P _z+z_зах·Р_x)/Рz],

где: Р_z - осевой шаг витков фрезы; z_зах - число заходов фрезы; k - величина затылования; z₃ - число зубьев фрезы; Р_z - шаг винтовой передней поверхности.

Полезная модель относится к металлорежущим станкам.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту по технической сущности и достигаемому результату является станок для правки круга при затыловании червячных фрез, в котором правящий алмаз в приспособлении, установленном на затыловочном станке вместо затылуемой фрезы, совершает возвратно-поступательное движение в осевой плоскости фрезы (для архимедовых червяков), либо в касательной к основному цилиндру плоскости (при шлифовании эвольвентных червяков). Приспособление при правке движется вместе со столом и поворачивается относительно оси центров со скоростью, установленной для шага основного червяка (Палей М.М., Дибнер Л.Г., Флид М.Д. «Технология шлифования и заточки режущего инструмента», М., Машиностроение, 1988, 288 с., стр.158-160, рис.3.25).

Недостатком известного устройства является то, что алмаз перемещается в плоскости, и его острие описывает плоскую прямую, которая, при винтовом движении приспособления, опишет относительно круга линейчатую винтовую поверхность. Поэтому такой способ правки, при некоторых дополнительных условиях, может обеспечить форму профиля круга, который при затыловании червячных фрез даст прямолинейный плоский профиль затылованной задней поверхности зуба фрезы в ее осевом сечении или в сечении, параллельном осевой плоскости.

Другим недостатком устройства является необходимость весьма медленного вращения фрезы (малого числа оборотов затылуемой фрезы на станке) и быстрого возвратно-поступательного перемещения алмаза. В противном случае правка круга будет неточна, так как алмаз при правке круга будет описывать не линейчатую, а сложную неопределенную поверхность, форма которой зависит от соотношения скоростей движения алмаза в приспособлении и самого приспособления на станке.

Кроме того, известное устройство может быть использовано для затылования весьма ограниченного типажа червячных фрез с профилем прямолинейным в осевом сечении.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является повышение точности затылования червячных фрез.

Указанный технический результат достигается посредством того, что устройство для затылования червячных фрез и правки абразивного круга содержит тумбу, на которой установлены: стол со шпиндельной бабкой с возможностью продольного перемещения; стол со шпиндельным узлом и абразивным кругом, установленный с возможностью поперечного перемещения, согласно полезной модели, шпиндельная бабка закреплена с возможностью вращения вокруг своей оси, а шпиндельный узел оснащен приводом телескопического типа, функционально обеспечивающим возможность вертикального перемещения последнего.

Заявленная полезная модель поясняется графическими материалами, где:

- на фиг.1 представлена общая схема устройства для затылования червячных фрез;

- на фиг.2 - общая схема правки круга;

- на фиг.3 - схема правки круга за 4 прохода;

- на фиг.4 - схема дискового круга с выпуклым профилем для затылования червячных фрез, нарезающих эвольвентные и червячные колеса;

- на фиг.5 - схема движения алмазной иглы вокруг оси при правке круга;

- на фиг.6 - схема затылования Червячной фрезы (правозаходной) абразивным кругом;

- на фиг.7 - схема профиля базового червяка червячной фрезы.

Устройство для затылования червячных фрез (фиг.1) содержит тумбу 7, на которой смонтированы стол 8 продольного перемещения заготовки 13 червячной фрезы, по управляемым координатам Dsx и стол 9 поперечного перемещения инструмента - шлифовального абразивного круга 2, по управляемым координатам Dsy. Заготовка 13 устанавливается в шпиндельной бабке 15, имеющей возможность вращения по двум управляемым координатам: вращения заготовки 13 Ds1, осуществляемое приводом 14 вращения заготовки 13 и вращение шпиндельной бабки 15 вокруг своей оси Ds2, осуществляемое приводом 14 вращения шпиндельной бабки. Абразивный круг 2, имеющий возможность вращения Dr, установлен в шпиндельном узле 12 шпиндельной бабки 11, имеющей привод 10 главного движения (вращение абразивного круга 2) и привод (на чертеже не показан) вертикального перемещения Dsz телескопического типа.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Стол 8 продольного перемещения заготовки 13 (фрезы) осуществляет движение по управляемым координатам Dsx, а стол 9 поперечного перемещения шлифовального круга 2 по управляемым координатам Dsy. Заготовка 13 устанавливается в шпиндельной бабке 15. Вращение заготовки 13 Ds1 осуществляется приводом 14 ее вращения, а вращение шпиндельной бабки 15 вокруг своей оси Ds2, осуществляется приводом вращения шпиндельной бабки (на чертеже не показано). Абразивный круг 16, имеющий возможность вращения Dr, установлен в шпиндельном узле 12 шпиндельной бабки 11, имеющей привод 10 главного движения - вращение абразивного круга 2, а также привод вертикального перемещения Dsz телескопического типа.

Наиболее важным при работе станка является заточка (и правка) абразивного круга 2 правящим инструментом, например, алмазной иглой 1 (см. фиг.2).

При правке алмазной иглой 1 абразивного круга 2 используются те же движения , D_x, D_z, что и при затыловании червячной фрезы, но дискретные (прерывистые), а также используется движение правящего алмаза 1 по траекториям 3 правки. На фиг.2 представлена схема правки круга: 1 - алмазная игла; 2 - абразивный круг; 3 - траектории вершины алмазной иглы; , D_x, D_z - движения алмазной иглы. Правку алмазом производят за несколько (N) проходов по траекториям 3, каждая из которых совпадает по форме с кромкой затылуемой фрезы. На фиг.3 показана правка за 4 прохода (N=4), при каждом алмаз 1 описывает, соответственно, траектории 3₁, 3₂, 3₃, 3₄.

Круг 2 устанавливают на станке в такое же положение, при котором осуществляют затылование червячной фрезы (начало затылования зуба). Алмаз 1 описывает траекторию 3₁ в форме пространственной линии, совпадающей по форме с кромкой фрезы (фиг.3). Правка круга за 4 прохода: 3₁ - первый проход; 3₂ - второй проход; 3₃ - третий проход; 3₄ - четвертый проход. Движение по указанной траектории обеспечивается системой ЧПУ станка. После завершения одного или нескольких ходов правки, при которой алмаз 1 в возвратно-поступательном движении описывает одну и ту же пространственную траекторию 3₁ (фиг.3), правка прекращается, и алмазу 1 сообщают движения , D_x, D_z, (фиг.2).

После завершения движений , D_x, D_z, алмаза 1 ему сообщают движение по траектории, совпадающей с кромкой фрезы. То есть, производят очередной проход правки по траектории 3₂ (фиг.3). По завершении правки по траектории 3₂ алмазу 1 вновь сообщают движения , D_x, D_z, (фиг.2). По окончании движений , D_x, D_z, алмазу 1 сообщают движение по траектории 3₃ (фиг.3). То есть, осуществляют очередной (третий) проход правки. После его окончания алмазу 1 сообщают те же движения , D_x, D_z, (фиг.2), после которых производят 4-й проход правки по траектории 3₄ (фиг.3). Если общее число N проходов принято N=4, то правка завершена.

Если принято большее число N, то циклы правки, - каждый из которых включает проход правки и перемещение перед последующим проходом алмаза 1 в движениях , D_x, D_z, - продолжают, до завершения последнего, N-го прохода. Для фрез с высотой профиля Н=5-40 мм число N проходов назначают в пределах от 4 до 8-10; большие значения N - для больших Н и при наличии положительного переднего угла фрезы. При каждом проходе вершина алмаза 1 описывает одну и ту же траекторию, по форме совпадающую с кромкой фрезы. Перед каждым последующим проходом алмазу 1 сообщают движения , D_x, D_z. В движении алмаз поворачивается вокруг оси z фрезы на угол , который отсчитывается от момента начала движения со перед каждым последующим проходом (фиг.2).

Величина для круга дисковой формы =0,2-1,5. Для круга чашечной формы =0,1-1, для пальцевого круга =0,1-0,5. Для фрез с высотой Н профиля зуба 5-40 мм меньшие значения принимают для меньшей высоты Н. Движения алмаза D _z (параллельно оси z) и D_x (параллельно оси х, т.е., перпендикулярно оси z) - прямолинейные поступательные, с перемещением, соответственно, на величину u и на величину w (фиг.2).

Величина u равна перемещению относительно круга фрезы в процессе ее затылования, в направлении, параллельном оси z, за время поворота со фрезы вокруг ее оси z на угол .

Величина w равна перемещению относительно круга фрезы в процессе ее затылования, в направлении, перпендикулярном оси z, за время поворота фрезы вокруг ее оси z на тот же угол . Численное значение величин u и w зависит от величины угла и способа затылования. При любом (известном или пока не известном) способе, величины u и w заданы функционально от величины . Если способ затылования известен, то обязательно известна и зависимость u и w от . Перемещения u и w отсчитывают относительно положения круга 2 перед последующим проходом. На фиг.2 показаны движения , D_x, D_z алмаза 1 относительно неподвижного круга 2. Правка круга производится для затылования правозаходной фрезы. Вращение круга 2 вокруг собственной оси О_к-О _к обеспечивает скорость резания, но на формообразовние задних поверхностей не влияет и поэтому не учитывается. Движения D_x и D_z могут быть заданы кругу 2, тогда они имеют направление, противоположное показанному на фиг.1. При этом ось z, вокруг которой совершается движение , остается неподвижной, а относительное движение круга 2 и алмаза 1 не изменяется. Для правки круга при затыловании червячных фрез по архимедовой спирали величины u и w принимают равными: u=р·; w=а·; где: р=Р_х·z_зах/360; a=(k·z ₃/360)-[(P_z+z_зах·Р_х )/Р_z], P_х - осевой шаг витков фрезы (или базового червяка); z_зах - число заходов фрезы; k - величина затылования; z_з - число зубьев фрезы; P _z - шаг винтовой передней поверхности. Для правки круга 2 при затыловании по архимедовой спирали фрез с прямыми канавками (параллельными оси фрезы) величину а принимают равной а=(k·z _з/360).

Под затылованием по архимедовой спирали здесь и в литературе понимается способ затылования, при котором отношение скоростей движений и D_x постоянно.

Профиль дискового круга для затылования фрез с прямолинейным профилем (при нулевом переднем угле фрезы) близок также к прямолинейной форме, и имеет небольшую выпуклость s (фиг.3). Фиг.3 Дисковый круг с выпуклым профилем для затылования червячных фрез, нарезающих эвольвентные и червячные колеса: 1 - правящий алмазный карандаш; 2 - круг; R_к - наружный радиус круга.

В зависимости от высоты Н профиля, размеров фрезы и круга, а также от его установки на станке, величина s может составлять от нескольких мкм до нескольких десятков мкм. Величина s, как правило, превышает допуск на профиль фрез или составляет существенную его часть. Поэтому замена выпуклого профиля круга прямолинейным допустима лишь в ограниченных случаях.

При использовании предложенного способа, правку круга с выпуклой формой профиля, при небольших величинах выпуклости s (до 100-200 мкм), осуществляют алмазным карандашом (фиг.3). Затылование фрез с небольшой высотой Н профиля (до 5-10 мм) может осуществляться одновременно по левой и правой боковым сторонам зуба (по впадине, т.е. по боковым поверхностям двух соседних зубьев профиля). На фиг.4 - изображено движение ₁ алмазной иглы 1 вокруг оси АА при правке круга 2 с поверхностью 4 правки; на фиг.6 - затылование червячной фрезы (правозаходной) абразивным кругом 2:5 - задняя поверхность (боковая, правая); 6 - вершинная задняя поверхность зуба фрезы; , D_x, D_z - соответственно, вращательное и два поступательных движения фрезы относительно круга; (r, , z_к) - координаты т.i кромки фрезы; на фиг.6 - профиль базового червяка червячной фрезы.

Правку круга для затылования одновременно двух сторон профиля фрезы по предложенному способу осуществляют алмазной иглой 1, с дополнительным вращательным движением ₁ вокруг оси А-А, проходящей через вершину иглы (или через вершину оси правящего инструмента в виде алмазного карандаша) (фиг.4).

Вращение ₁ осуществляют непрерывно или дискретно при каждом правящем проходе алмаза 1, так, чтобы ось иглы (карандаша) была приблизительно нормальна к профилю шлифовального круга. Для фрез с прямыми канавками (параллельными оси фрезы) величину а принимают равной а=(k·z/360). Число проходов алмазной иглы 1 составляет от 4-10 проходов.

Примеры использования способа правки круга

Пример 1. Правка круга дисковой формы производится для затылования по специальному способу (отличному от затылования по архимедовой спирали) червячной правозаходной фрезы с наружным диаметром 180 мм (для нарезания эвольвентных цилиндрических колес с модулем 12 мм). Размеры фрезы: Р_х =37,286; P_z=5602; z_зах=1; z₃ =9; =0. Высота Н профиля фрезы как разность двух радиусов r крайних расчетных точек боковой кромки фрезы: r_а=87, r_f=63, Н=24. (Способ затылования данной фрезы задан и основан на том, что задний вершинный угол на радиусе r _а составляет 11° и не изменяется при стачивании фрезы).

Принимаем число проходов N=6 (траектории 3₁ , 3₂,3₆; фиг.2); =0,8.

Так как способ затылования фрезы задан, то известны перемещения u и w фрезы.

Перемещение u фрезы в движении D_z, параллельном оси z фрезы, при каждом (первом и последующих) повороте фрезы на угол =0,8°, составляет: u=р·, где р=Р_х/360=0,105073 (мм/градус).

Перемещения w перпендикулярно оси z при каждом повороте фрезы на угол =0,8°, считая от начального момента затылования, составляют:

0,23580 (мм) - при первом повороте; 0,23516 - при втором; 0,23453 - при третьем; 0,23389 - при четвертом; 0,23336 - при пятом повороте фрезы на угол .

То есть, если фреза, в процессе ее затылования повернется на угол 0,8°·5=4°, то она переместится за это же время относительно круга вдоль оси z на (0,23580+0,23516+0,23453+0,23389+0,23336) мм.

В соответствии с предложенным способом правки, алмаз, после каждого очередного прохода правки и поворота в движении на угол =0,8° перемещают вдоль оси z на величину 0,105073 (мм), и перпендикулярно оси z - на величины: 0,23580 (мм) - после первого прохода правки; 0,23516 - после второго; 0,23453 - после третьего; 0,23389 - после четвертого; 0,23336 - после пятого прохода, то есть, перед последним, 6-м проходом.

Для этой же фрезы, при наличии переднего угла =5° число N проходов следует увеличить (примерно, до 8).

Пример 2. Правка абразивного круга дисковой формы производится для затылования по архимедовой спирали червячной правозаходлной фрезы с наружным диаметром 180 мм (для нарезания эвольвентных цилиндрических колес с модулем 12 мм). Размеры фрезы: Р_х=37,286; P_z=5602; z_зах=1; z_з=9; k=12; =0.

Высота Н профиля фрезы как разность двух радиусов r крайних расчетных точек боковой кромки фрезы: r_а=87 r_f=63, Н=24.

Принимаем число проходов N=6 (траектории 3₁, 3₃,3₆; фиг.2); =0,8.

Рассчитываем: р=Р_х/360=0,105073; a=(k·z/360)·[(P_z+z_o·P _x)/P_z]=0,302026.

Перемещения алмаза в движениях , D_z, D_x, (фиг.1) после каждого прохода правки круга: =0,8°; u=p·=0,08406 (мм); w=a·=0,241621 (мм).

Пример 3. Правка абразивного круга производится для затылования (по архимедовой спирали) фрезы с размерами, приведенными в примере 2. Движения D_x , D_z сообщают кругу, а движение - фрезе.

При тех же, что и в примере 2, значениях N и , перемещения круга u=0,08406 (мм), w=0,241621 (мм) осуществляют в направлениях, противоположных показанным на фиг.1. Направление движения со алмаза вокруг оси z, - поворот на угол , - не изменяется (фиг.1).

Пример 4. Правка абразивного круга производится для затылования (по архимедовой спирали) фрезы с размерами, что и в примере 2, но фреза выполнена с прямыми стружечными канавками, передняя поверхность зубьев - плоская, параллельная оси z фрезы. Величины р и u - не изменяются (те же, что в примере 2). Величина a=(k·z/360)=0,300 (мм); w=a·=0,240 (мм).

Правка круга по описанному способу при затыловании фрез с высотой Н профиля 24 мм обеспечивала погрешность профиля фрез не более 2-3 мкм, что намного меньше допуска на профиль прецизионных фрез (кл. АА по ГОСТ 9324-80).

Устройство позволяет решить одну из наиболее сложных задач формообразования при изготовлении червячных фрез, повышает точность правки круга и существенно упрощает изготовление фрез с рациональной геометрией.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- устройство, воплощающее заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначено для затылования червячных фрез;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств;

- устройство, воплощающее заявленное техническое решение, при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное устройство соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Устройство для затылования червячных фрез и правки абразивного круга, содержащее тумбу, на которой смонтированы стол со шпиндельной бабкой, установленный с возможностью продольного перемещения, и стол со шпиндельным узлом и абразивным кругом, установленный с возможностью поперечного перемещения, отличающееся тем, что шпиндельная бабка закреплена с возможностью вращения вокруг своей оси, а шпиндельный узел оснащен приводом телескопического типа, функционально обеспечивающим возможность вертикального перемещения последнего.