Проектування черв’ячних фрез у середовищі КОМПАС-ГРАФІК
Олег Борисенко Юрій Музичук Віталій Ситник
Опубліковано: "САПР та Графіка" №6, 2002
Однією з найпоширеніших завдань, що виникають у ході технологічної підготовки виробництва, є проектування ріжучого та мірного інструменту. Проектування черв'ячних фрез тут займає особливе місце, оскільки пов'язане з складнішими розрахунками. Для вирішення цього завдання призначено прикладну бібліотекуСАПР Фрез, створену в "Центрі САПР" (м. Львів) у співпраці з Львівським інструментальним заводом, який виступив постановником завдання та першим користувачем системи.
Черв'якові фрези застосовують для чорнової та чистової обробки циліндричних деталей зовнішнього зачеплення з прямими, гвинтовими та шевронними зубами. Вони можуть працювати з осьовою, радіальною, діагональною та тангенційною подачею. В останньому випадку конструкція фрези забезпечується різальною частиною з довжиною, що дорівнює двом осьовим крокам фрези, і з кутом конуса 20. 30°. За способом кріплення фрези робляться насадними та хвостовими.
У системіСАПР Фрезреалізовано проектування насадних черв'ячних фрез, що не використовують тангенційну подачу, з переднім кутом зуба 0° (для нарізування зубчастих коліс), прямобічних шліцьових валів, зірочок та нестандартних деталей. Основне завдання, яке вирішуєСАПР Фрез, проектування черв'ячних фрез для:
- зубчастих коліс (ГОСТ 1643-81 - фреза ГОСТ 9324-80),
- шліцевих валів (ГОСТ 1139-80 - фреза ГОСТ 8027-86),
- зірочок (ГОСТ 591-69 фреза ГОСТ 15127-83),
- деталей із нестандартним профілем.
Процес проектування складається з наступних етапів:
- завдання початкових даних,
- визначення параметрів фрези за стандартами,
- розрахунок геометріїзубів,
- розрахунок конструкторських розмірів фрези,
- заповнення документації,
- перевірка профілю фрези.
У разі проектування нестандартних деталей (гострошліцеві вали тощо) додається етап проектування профілю фрези за профілем деталі графічним методом.
При визначенні профілю фрез використовується метод обкатки ¦ профіль інструменту є огинає послідовних положень профілю виробу при коченні без ковзання початкового кола виробу по початковій прямій інструменту. З іншого боку, профіль шліцьового валу утворюється як загальна послідовних положень зубів інструменту при коченні без ковзання початкової прямої інструменту по початковому колу виробу, що дозволяє для перевірки отримати профіль виробу за наявним профілем фрези.
Профіль фрези може бути визначений аналітично, графічно та графоаналітично. Для стандартних профілів шліцьових валів та зубчастих коліс рекомендовано використовувати аналітичний метод. Розрахунок черв'ячних фрез полягає у визначенні розмірів профілю фрези в осьовому перерізі, якщо фреза архімедова, або нормальному перерізі, якщо фреза конволютна.
Визначення профілю черв'ячних фрез, незалежно від їх типу та призначення, ведеться у площині нормального перерізу до витків фрези. При цьому основні розміри профілю фрези визначаються як розміри прямобічної рейки, що знаходиться в беззазорному зачепленні з зубами колеса, що нарізається. Така рейка називається вихідною інструментальною рейкою. Відповідно до цього профільний кут фрези приймається рівним номінальному куту зачеплення колеса, причому обов'язковою умовою є рівність основних кроків рейки фрези та колеса.САПР Фрезповністю розраховує розміри профілю фрези (рис. 1) як для стандартного рядупочаткових даних, так проміжних розмірів.
Зовнішній діаметр, тип основного черв'яка, число заходів, діаметр посадкового отвору, довжина різальної частини фрези є конструктивними елементами і вибираються за стандартами або задаються, виходячи з паспортних даних верстата та досвіду експлуатації фрез. Початковими даними для розрахунку черв'ячних фрез для нарізуваннязубчастих колісє параметри зубчастого колеса:
- модуль,
- кут профілю вихідного контуру колеса,
- зовнішній діаметр,
- ділильний діаметр,
- діаметр западини.
Залежно від параметрів зубчастого колеса також вибираються початкові параметри фрези. У разі проектування фрези під шевінг вибирається модифікація профілю. Черв'ячні фрези під шевінгування відрізняються від черв'ячних фрез загального призначення модифікацією профілю. Метою модифікації профілю фрез є поліпшення умов шевінгування, що виходить за певного розподілу припуску під шевер (рис. 2).
Основні розміри шліцевих з'єднань регламентовані ГОСТ 1139-80, який передбачає три серії сполук легку, середню і важку, з центруванням валу і втулки по зовнішньому діаметру D, внутрішньому діаметру d і з боків зубів b. Сутність центрування по одному з параметрів валу полягає в тому, що в залежності від його виду точніше задається розмір тільки по одному з них, тоді як інший виконується з меншою точністю. З боків шліцевих зубів у всіх трьох видах центрування повинна бути забезпечена точна посадка, тому допуск на товщину зубів задається ввузьких межах.
Всі ці фрези задаються залежно від параметрів шліцевого валу. Для стандартних серій валу величини вибираються з ряду, а для нестандартного задаються окремо. Класи точності А і В використовуються для чистових фрез, С для чорнових фрез. При проектуванні чорнових фрез товщина зуба, зовнішній і внутрішній діаметр задаються з урахуванням величини припуску на подальшу обробку (рис. 3).
Наступним етапом є вибір взаємозалежних величин діаметра початкового кола і кроку профілю. Система дає можливість задати діаметр та розрахувати крок профілю або задати крок та розрахувати діаметр. Профіль фрези являє собою криву, що обгинає послідовних положень профілю валика при коченні початкового кола валика по початковій прямій фрези. Практично ця крива замінюється однією чи кількома дугами кіл. Відхилення від теоретичної кривої розраховуються за методом Семенченко [3] або точнішим методом [2] (рис. 4).
Система розраховує до восьми контрольних товщин профілю фрези. На вершині, початковій прямій та фланці товщина розраховується автоматично. Додатково розраховується контрольна товщина шліцю на висоті вусика (типу А шліцю) та на висоті точки сполучення двох дуг. Інші контрольні точки профілю розраховуються за бажанням користувача за відповідного завдання висоти від вершини або від початкової лінії.
Після розрахунку виводяться розміри профілю з можливістю зміни параметрів: ширини вусика, глибини канавки та кута фланка (рис. 5). У разі редагування значень у вікнах на всіх етапах проектування залежні параметри перераховуютьсяавтоматично.
Для розрахункузірочкизадаються такі параметри: крок, діаметр елемента зачеплення ланцюга, клас точності фрези, число зубів зірочки і вказується наявність усунення центру дуг западин.
Система розраховує розміри профілю фрез (рис. 1). У разі завдання нестандартних початкових даних (не з ГОСТ 591-69), потрібна додаткова перевірка профілю графічним методом.
Графічний метод реалізований з використанням модуляК3 для САПР Фрез. Його рекомендовано застосовувати при отриманні профілю для нестандартних деталей (гострошліцеві вали, зубчасті колеса з модифікацією та ін) або нестандартних профілів шліцьових валів (з нерівномірним припуском під шліфування), а також для перевірки аналітичного розрахунку. Він заснований на емуляції процесу нарізування шляхом завдання законів руху деталей та проведення булевих операцій (рис. 6). Отриманий у результаті профіль рейки (або деталі) використовується виготовлення інструменту другого порядку і шаблонів.
При розрахунку конструкції фрези конструктору дається можливість задати нестандартні розміри зовнішнього діаметра і отвору посадкового (інакше вони вибираються системою автоматично зі стандартних рядів). Зовнішній діаметр вибирається із ряду або вручну, посадковий отвір вводиться тільки із запропонованого ряду. Параметри геометрії зубів взаємопов'язані. Наприклад, при зміні коефіцієнта потилу одночасно перераховується коефіцієнт додаткового потилу і глибина канавки (рис. 7).
Також аналізується пропорція висоти та товщини зуба. Величина пропорції визначається в налаштуванняхсистеми. У разі невиконання умови допустимості товщини тіла фрези в небезпечному перерізі система запропонує три варіанти розв'язання задачі: стружкові канавки виконати прямими та шпонковий паз розмістити під зубом, зменшити посадковий отвір або поміняти задані параметри. Величина співвідношення небезпечного перерізу до посадкового діаметру визначається в налаштуваннях системи.
