Способ получения зубчатых профилей методом геометрического построения эвольвенты
Использование: производство зубчатых колес на универсальных фрезерных станках с ЧПУ. Сущность изобретения основана на геометрическом построении эвольвенты при непрерывном вращении заготовки с постоянной угловой скоростью и формообразующим движением инструмента цилиндрической формы с постоянной скоростью по ломаной траектории, описанной около основной окружности. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5!)5 В 23 F 17/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4793915/08 (22) 21.02.90 (46) 07.09.92. Бюл. N - 33 (71) Ленинградский политехнический институт им. М. И. Калинина (72) О. М, Беляев, С. П. Филиппов, С. К.
Лавровский и Б. Н. Нургалиев (56) Авторское свидетельство СССР
N 1484491, кл. В 23 F 17/00, 1987.
Изобретение относится к области металлообработки, в частности к изготовлению зубчатых колес, и может быть использовано во всех областях машиностроения при производстве зубчатых колес.
Известны способы изготовления зубчатых колес на станках с числовым программным управлением, позволяющие формировать профили зубьев путем программных движений заготовки и инструмента цилиндрической формы (заявка
Великобритании ¹ 2154486, В 23 F 19/00, 1985).
Движение инструмента по сложной траектории с переменной скоростью усложняет управляющую программу, снижает точность нарезания колеса.
Способ нарезания зубчатых колес, выбранный в качестве прототипа, заключается в том, что получение зубчатых профилей осу„„5U„„1759574 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ
ПРОФИЛЕЙ МЕТОДОМ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО ПОСТРОЕНИЯ ЭВОЛЬВЕНТЫ (57) Использование: производство зубчатых колес на универсальных фрезерных станках с ЧПУ. Сущность изобретения основана на геометрическом построении эвольвенты при непрерывном вращении заготовки с постоянной угловой скоростью и формообразующим движением инструмента цилиндрической формы с постоянной скоростью по ломаной траектории, описанной около основной окружности. 1 ил. ществляется методом геометрического построения эвольвенты инструментом, установленным нормально к торцевой поверхности заготовки с подачей по касательной к основной окружности обрабатываемого колеса (авт. св. N 1484491, В 23 F
17/00, 1987). Для этого устройство снабжено гибкой передачей со шкивами, а инструментальная головка закреплена на гибком элементе передачи.
Этот способ не позволяет формировать профили зубьев для колес различной номенклатуры без соответствующей переналадки устройства и замены шкивов, так как изменение модуля колеса или числа его зубьев ведет к изменению диаметра основной окружности. Необходимость большого числа переходов инструмента и установок заготовки обусловливают низкую производительность данного способа. Кроме того.
1759574 закрепление инструментальной головки на гибком элементе передачи не может обеспечить высокую точность профилирования зубьев.
Целью изобретения является повышение производительности и точности путем сокращения числа проходов инструмента при обработке на универсальных фрезерных станках с ЧПУ.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе формирования зубьев методом геометрического построения эвольвенты перед обработкой ось вращения инструмента цилиндрической формы устанавливают на расстоянии от геометрическог0 центра заготовки, равном радиусу окружности пересечения эвольвент, эквидистантных нарезаемому профилю, а величину подачи задают равной Н = 2 гь tg ап1, где.гь — радиус основной окружности; am— угол профиля по окружности пересечения эквидистантных эвольвент. Направление каждой последующей подачи многократно изменяют в соответствии с числом зубьев нарезаемого колеса и выполняют ее под углом к предыдущей, определяемым по зависимости 1 =л — 2ап.
Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "Новизна".
При изучении других известных технических решений признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".
На рисунке показано три последовательных положения инструмента 1 в процессе нарезания. За один проход инструмента по прямой аЬ на нарезаемом колесе 2 полностью формируются взаимно противоположные поверхности М и К смежной пары зубьев (впадина). Полный цикл обработки зубчатого колеса осуществляется при непрерывном вращении заготовки движением центра инструмента по ломаной траектории abed..., описанной около основйой окружности; количество отрезков Н траектории равно количеству зубьев колеса.
Вершины траектории лежат на окружности пересечения центровых профилей зубьев (окружность заострения) радиуса
rb гп1
cos а„ где aп1 — угол профиля эвольвенты на окружности заострения, определяемый выражением
Sb+D.
inv am =
2 гь
$Ь вЂ” толщина зуба на основной окружности;
D — диаметр инструмента, выбираемый из условия
5 D eb, где eb — ширина впадины на основной окружности, Длина каждого отрезка траектории равна
10 H = 2 rb tg am.
При этом каждый последующий проход фрезы образует с предыдущим угол
1= 180 — 2 am.
При такой величине хода Н инструмента
15 исключается его выстой на окружности заострения при переходе к обработке каждой последующей впадины.
Выстой инструмента возможен при еь > D на основной окружности (в точке А)
20 продолжительностью еь — D т вгь где в — угловая скорость заготовки.
Экспериментальное нарезание колес заявленным способом проводилось при следующих исходных данных: число зубьев Z =
14, модуль m = 10 мм, угол зацепления а= 20 .
При этом радиус основной окружности
30 m z 10 14 гь = 2 сов а — 2 cos 20 = 65,78 мм; толщина зуба на основной окружности
Sb =2 rb(— +!пча)=2 65.78 (— + Inv 20 ) = 16,72 МЧ л л
2г 2.14 ширина впадины на основной окружности е b = 2 rb (— — Inv а)=2 65,78 (— — 1пч 20 ) = 12,80 мм. л л
2z 2.14
Диаметр фрезы принят равным
0 = 20 мм < eb.
Инволюта угла профиля эвольвенты на окружности заострения пча Ь + 16,72+100203 1164о
2гЬ 2 6578
45 Угол профиля эвольвенты на окружности заострения определяется по зависимости
inv а = tgam — агп; а = 0,77 =44,30 .
Длина одного прохода фрезы
Н = 2 гЬ tg am = 2 65,78 tg 44,3 = 128,38 мм .
Угловая скорость заготовки принята и = 0,02с ", тогда скорость перемещения фрезы составит
55 V = N rb = 0,02 65,78 = 1,32 мм/с.
Время выстоя фрезы на основной окружности (в середине прохода H) е ь — D 12,8 — 10 т „ 2,13 с.
1759574
Техред М.Моргентал Корректор В.Петраш
Редактор
Заказ 3141 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Угол поворота заготовки в период t выстоя фрезы р = а t = 0,02 2,13 = 0,043 = 2,44 .
Угол между траекториями фрезы
Л = 180 — 2 am = 180 — 2 44,3 = 91,4 .
Количество проходов фрезы и =Z=14.
Перемещение инструмента с постоянной скоростью по прямолинейной траектории, отсутствие холостых ходов упрощает программное движение инструмента, повышает класс точности изделия, уменьшает стоимость обработки.
Переходные динамические процессы, связанные с изменением направления движения инструмента, протекают вне зоны обработки профиля и поэтому не оказывают влияния на его качество.
Формула изобретения
Способ получения зубчатых профилей методом геометрического построения эвольвенты инструментом, установленным нормально к поверхности заготовки с подачей по касательной к основной окружности, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и точности за счет сокращения числа проходов при обработке на фрезерных станках с ЧПУ инструментом типа концевых фрез, перед
5 обработкой ось вращения инструмента устанавливают на расстоянии от геометрического центра заготовки, равном радиусу окружности пересечения эвольвент, эквидистантных нарезаемому профилю, с уче10 том радиуса применяемого инструмента, а величину подачи задают в соответствии с зависимостью
Н=2 rb tga, где гь — радиус основной окружности;
15 a„— угол профиля эвольвенты окружности пересечения эквидистантных эвольвент, затем по достижении инструментом заданной величины подачи ее направление мно20 гократно изменяют в соответствии с числом обрабатываемых зубьев и выполняют ее под углом к предыдущему направлению, значение которого определяют по зависимости Л =л — 2ап .
