RU2120360C1

RU2120360C1 - Carbide-tipped hobbing cutter

Info

Publication number: RU2120360C1
Application number: RU97116607A
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Чурбанов; Н.Я. Смольников
Original assignee: Волгоградский государственный технический университет
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 1998-10-20

Abstract

FIELD: metal-cutting tools; mechanical engineering; manufacture of gear wheels in manufacture of automobiles, tractors, etc. SUBSTANCE: hobbing cutter has zero rake and strengthening chamfers made at negative rake at teeth point γ and depth γ, where m is modulus, mm; chamfers are made at angle γ₁=-(10-15^°), at depth γ₂=arctg(2tgγ₁). Modification of profiles of alternating teeth is ensured through sharpening strengthening chamfers of different sizes on faces on alternating teeth (racks). EFFECT: enhanced resistance; reduced consumption of labour for manufacture of cutter. 2 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к металлорежущему инструменту для нарезания зубчатых колес. The invention relates to a metal cutting tool for cutting gears.

Известны червячные твердосплавные зуборезные фрезы, позволяющие вести обработку зубчатых колес с более высокими скоростями резания, чем фрезы из быстрорежущих сталей, что значительно повышает производительность зубофрезерования. Known worm carbide gear cutting mills that allow the processing of gears with higher cutting speeds than milling cutters from high speed steels, which significantly increases gear milling performance.

Профиль режущих зубьев твердосплавных червячных фрез соответствует ГОСТу 9324-80Е, а передний угол, как правило, равен нулю, так как это обеспечивает необходимую точность профиля зубьев неразрезаемого колеса (см. Мойсеенко О. И. , Павлов Л.Е., Диденко С.М. Твердосплавные зуборезные инструменты. - М.: Машиностроение, 1977). Однако, несмотря на высокую производительность, червячные твердосплавные фрезы значительно уступают стойкости и надежности работы других видов твердосплавного инструмента. The profile of the cutting teeth of carbide worm cutters corresponds to GOST 9324-80E, and the rake angle, as a rule, is zero, as this provides the necessary accuracy of the profile of the teeth of the non-cut wheel (see Moiseenko O. I., Pavlov L.E., Didenko S. M. Carbide gear-cutting tools. - M.: Mechanical Engineering, 1977). However, despite the high productivity, worm carbide cutters are significantly inferior to the durability and reliability of other types of carbide tools.

Это связано, во-первых, с низкой изгибной прочностью твердого сплава, что при нулевых значениях переднего угла приводит к сколам и выкрашиванию периферийных режущих кромок, во-вторых, с несовершенством схемы резания червячных стандартных фрез, что приводит к интенсивному локальному износу задних боковых поверхностей режущих зубьев на участках, примыкающих к периферийной (вершинной) режущей кромке (см. Медведицков С.Н. Высокопроизводительное зубонарезание фрезами. -М.: Машиностроение, 1981. - с. 104). This is due, firstly, to the low bending strength of the hard alloy, which at zero rake angles leads to chips and chipping of the peripheral cutting edges, and secondly, to the imperfection of the cutting scheme of worm standard mills, which leads to intense local wear of the rear side surfaces cutting teeth in areas adjacent to the peripheral (apical) cutting edge (see Medveditskov S. N. High-performance gear cutting by milling cutters. -M.: Mashinostroenie, 1981. - p. 104).

Для уменьшения влияния первого недостатка на стойкость и надежность работы у червячных твердосплавных фрез вводят отрицательный передний угол γ до -45^o, что искажает профиль зуба фрезы и, следовательно, снижает точность профиля зубьев нарезаемого колеса. Поэтому эти фрезы применяются, главным образом, для червячного зубофрезерования. Кроме того, отрицательные передние углы в условиях несвободного резания и стесненного стружкообразования приводят к более интенсивному износу участков задних граней, примыкающих к вершине зуба фрезы, из-за изменения направления схода стружек, срезаемых боковыми режущими кромками.To reduce the effect of the first drawback on the durability and reliability of worm carbide milling cutters, a negative rake angle γ of -45 ^° is introduced, which distorts the profile of the cutter tooth and, therefore, reduces the accuracy of the teeth profile of the cut wheel. Therefore, these cutters are used mainly for worm gear hobbing. In addition, negative rake angles under conditions of non-free cutting and tight chip formation lead to more intensive wear of portions of the posterior faces adjacent to the tip of the cutter tooth due to a change in the direction of the gathering of chips cut off by the side cutting edges.

Для устранения причин, вызывающих локальный интенсивный износ задних граней режущих зубьев на участках, примыкающих к вершине зуба, созданы конструкции червячных фрез (см. а.с. N 167118, 118953, 348309 кл. B 23 F 21/16 и др. ), повышение стойкости которых достигается за счет перераспределения припуска (изменения схемы резания) между чередующимися по витку через один зубьями путем модификации из профиля (заужения и завышения одних зубьев и сохранения стандартных размеров других, занижения одних и сохранения стандартного профиля других зубьев, введения стружкоразделительных фасок, выполненных под разными углами профиля и разной высоты и т.д.). To eliminate the causes of local intensive wear of the posterior faces of the cutting teeth in the areas adjacent to the top of the tooth, designs of worm mills have been created (see A.S. N 167118, 118953, 348309 class B 23 F 21/16, etc.), the increase in durability of which is achieved by redistributing the allowance (changing the cutting pattern) between teeth alternating along a turn through one tooth by modification from the profile (narrowing and overestimation of some teeth and maintaining the standard sizes of others, underestimating some and maintaining the standard profile of other teeth, introducing a jet dividing chamfers made at different angles of the profile and different heights, etc.).

Недостатком фрез рассмотренных конструкций является высокая трудоемкость их профильного шлифования, выполняемого при затыловании на токарно- или шлифовально-затыловочных станках с использованием специальной сложной технологической оснастки. The disadvantage of milling cutters of the considered designs is the high complexity of their profile grinding, performed when grinding on turning or grinding and backing machines using special complex technological equipment.

В качестве прототипа рассмотрена червячная твердосплавная фреза с нулевым передним углом и упрочняющими фасками, выполненными под отрицательным передним углом γ от -10^o до -30^o и высотой, не превышающей величины радиального зазора в передаче c = (0,25 - 0,30)m, где m-модуль, мм (см. Мойсеенко О. И., Павлов Л.Е., Диденко С.И. Твердосплавные зуборезные инструменты.- М.: Машиностроение, 1977, стр. 35). Упрочняющие фаски снижают вероятность сколов и выкрашиваний периферийных режущих кромок, что повышает ресурс работы фрезы. Однако, так как упрочняющие фаски на всех зубьях имеют одинаковые линейные и угловые размеры, процесс резания и стружкообразования протекает также в крайне сложных условиях: наиболее изнашивающиеся зубья фрезы работают одновременно тремя режущими кромками - периферийной и двумя боковыми, срезая слои П-образной формы, или двумя - периферийной и одной из боковых - срезая Г-образные слои, резная и переменная толщина срезаемых слоев вдоль режущих кромок и длина контакта создают неблагоприятные условия доля схода стружек, особенно тонких, срезаемых выходным лезвием. Все это приводит к локальному интенсивному износу режущих зубьев на участке выходной задней грани, примыкающей к вершине зуба.As a prototype, a worm carbide mill with a zero rake angle and reinforcing chamfers made at a negative rake angle γ from -10 ^o to -30 ^o and a height not exceeding the radial clearance in the gear c = (0.25 - 0.30) is considered m, where m-module, mm (see Moiseenko OI, Pavlov L.E., Didenko S.I. Carbide gear cutting tools.- M.: Mechanical Engineering, 1977, p. 35). Reinforcing bevels reduce the likelihood of chipping and chipping of the peripheral cutting edges, which increases the life of the cutter. However, since the hardening chamfers on all the teeth have the same linear and angular dimensions, the cutting and chip formation process also proceeds in extremely difficult conditions: the most worn out teeth of the cutter work simultaneously with three cutting edges - peripheral and two lateral, cutting off layers of a U-shaped shape, or two — peripheral and one of the lateral — cutting off the L-shaped layers, the carved and variable thickness of the layers being cut along the cutting edges and the contact length create unfavorable conditions; the share of chip evacuation, especially thin, medium aemyh output blade. All this leads to local intensive wear of the cutting teeth in the area of the output posterior face adjacent to the top of the tooth.

Таким образом, введение упрочняющих фасок одинаковых размеров, выполненных под отрицательным передним углом у вершины зубьев, упрочняет периферийную режущую кромку, но принципиально не улучшает схему резания червячных твердосплавных фрез, оставляя причину локального интенсивного износа режущих зубьев фрезы без изменений и даже ухудшая условия стружкообразования. Применение в этой конструкции технических решений, рассмотренных выше, хотя и улучшит условия стружкообразования при работе фрезы, но повысит трудоемкость ее изготовления из-за необходимости профильного шлифования на токарно-затыловочных или шлифовально-затыловочных станках. Thus, the introduction of reinforcing chamfers of the same size, made at a negative rake angle at the top of the teeth, strengthens the peripheral cutting edge, but fundamentally does not improve the cutting scheme of carbide carbide milling cutters, leaving the reason for the local intensive wear of the cutting teeth of the milling cutter unchanged and even worsening chip formation conditions. The use of the technical solutions discussed above in this design, although it will improve the conditions of chip formation during operation of the cutter, but will increase the complexity of its manufacture due to the need for profile grinding on turning-backing or grinding-backing machines.

Задача изобретения - повысить стойкость червячных твердосплавных фрез с нулевым передним углом и упрочняющими фасками за счет изменения схемы резания и снизить трудоемкость их изготовления. The objective of the invention is to increase the resistance of worm carbide milling cutters with zero rake angle and reinforcing bevels by changing the cutting pattern and reduce the complexity of their manufacture.

Результат изобретения - конструкция червячной твердосплавной фрезы с измененной схемой резания, обеспечивающей повышение стойкости и создающей технологические условия для снижения трудоемкости ее изготовления. The result of the invention is the design of a worm carbide milling cutter with a modified cutting pattern, which provides increased resistance and creates technological conditions to reduce the complexity of its manufacture.

Поставленный результат достигается тем, что у червячной твердосплавной фрезы с нулевым передним углом и упрочняющими фасками, выполненными под отрицательным передним углом у вершины зубьев γ₁ = -(10^o...15^o), и высотой f₁ = (0,25...0,30)m, где m - модуль в мм, упрочняющие фаски на чередующихся через один по витку зубьях выполнены под отрицательным передним углом γ₂ = arctg(2tgγ₁) и высотой f₂ = 0,5f₁.The set result is achieved in that for a worm carbide milling cutter with a zero rake angle and reinforcing chamfers made at a negative rake angle at the tooth apex γ ₁ = - (10 ^o ... 15 ^o ), and a height f ₁ = (0.25. ..0,30) m, where m is the modulus in mm, reinforcing chamfers on the teeth alternating through one turn and made at a negative rake angle γ ₂ = arctan (2tgγ ₁ ) and height f ₂ = 0.5f ₁ .

Повышение стойкости предлагаемой фрезы достигается за счет того, что изменяется схема срезания припуска (схема резания) у чередующихся по витку зубьев: у нечетных зубьев участки режущих кромок, примыкающие к вершине, полностью или частично исключаются из резания, что способствует разделению сложных П- и Г-образных слоев на элементарные и снижает отрицательное влияние взаимодействия стружек в условиях стесненного стружкообразования на износ зубьев, у четных зубьев участки боковых режущих кромок, примыкающие к вершине, срезают слои большей толщины, что снижает удельную силу резания и изменяет направление схода стружек, срезаемых боковыми режущими кромками, что способствует снижению износа этих зубьев. Increasing the resistance of the proposed cutter is achieved due to the fact that the pattern of cutting the allowance (cutting pattern) for teeth alternating along the turn is changed: for odd teeth, the sections of cutting edges adjacent to the tip are completely or partially excluded from cutting, which contributes to the separation of complex P- and G -shaped layers on elementary ones and reduces the negative effect of chip interaction under constrained chip formation on tooth wear, for even teeth, sections of lateral cutting edges adjacent to the apex cut large layers thickness, which reduces the specific cutting force and changes the direction of the gathering of chips cut by the side cutting edges, which helps to reduce the wear of these teeth.

Модификация профилей чередующихся по витку зубьев у предлагаемой фрезы (изменение схемы резания) достигается путем заточки упрочняющих фасок разных размеров на передних поверхностях чередующихся через один по витку зубьях (рейки), что является простой технологической операцией, выполняемой на универсально-затыловочных станках типа 3А662. Modification of the profiles of teeth alternating along a turn of the proposed mill (changing the cutting pattern) is achieved by sharpening reinforcing bevels of different sizes on the front surfaces of teeth alternating through one revolution (rails), which is a simple technological operation performed on 3A662 universal backing machines.

Проведенный заявителем анализ техники, включающий поиск по патентным и научным источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из выявленного перечня аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по существующему законодательству. An analysis of the technique carried out by the applicant, including a search by patent and scientific sources of information, and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, made it possible to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention, and the definition from the identified list of analogues the prototype, as the closest in the totality of the features of the analogue, allowed to identify the set of essential in relation to the applicant to technical result of the characterizing features claimed in the object set forth in the claims. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under existing law.

Для проверки соответствия заявляемого изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, поскольку не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству. To verify the conformity of the claimed invention to the requirement of an inventive step, the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention, the results of which show that the claimed invention does not explicitly follow from the prior art as determined by the applicant, since the effect of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of technical result. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step" under applicable law.

На фиг. 1 показана предлагаемая червячная фреза, общий вид; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид I на фиг. 2; на фиг. 4 - вид по стрелке Б на фиг. 3 на зубья нечетных реек; на фиг. 5 - вид по стрелке B на зубья четных реек; на фиг. 6 - вид на чередующиеся по витку зубья, совмещенные в плоскости передней поверхности; на фиг. 7 - вид I на фиг. 2 при заточке упрочняющих фасок на четных зубьях со смещением к оси фрезы на величину "e"; на фиг. 8 - вид на чередующиеся по витку зубья на фиг. 7, совмещенные в плоскости передней поверхности. In FIG. 1 shows a proposed worm mill, general view; in FIG. 2 is a view A in FIG. one; in FIG. 3 is a view I in FIG. 2; in FIG. 4 is a view along arrow B in FIG. 3 on the teeth of odd rails; in FIG. 5 is a view along arrow B on the teeth of even rails; in FIG. 6 is a view of teeth alternating along a revolution, aligned in the plane of the front surface; in FIG. 7 is a view I in FIG. 2 when sharpening hardening chamfers on even teeth with offset to the axis of the cutter by the value of "e"; in FIG. 8 is a view of the teeth alternating along a turn in FIG. 7, aligned in the plane of the front surface.

Предлагаемая фреза для упрощения изготовления имеет четное число стружечных канавок (фиг. 2 и 3). У зубьев реек нечетных номеров 1, 3, 5,...(на фиг. 2, 3, 4) упрочняющие фаски выполнены под отрицательным передним углом γ₁ = -(10^o...15^o) и высотой f₁ = (0,25-0,30)m, что соответствует радиальному зазору в передаче. Упрочняющие фаски на зубьях реек четных номеров 2, 4, 6,. ..(фиг. 2, 3, 5) выполнены под отрицательным передним углом, γ₂ = arctg(2tgγ₁) и высотой f₂ = 0,5f₁. На фиг. 4 и 5 h' - высота головки зубьев фрезы. У предлагаемой фрезы зубья (фиг. 6) нечетных реек имеют режущий периметр a-b-d-e-g-h, участки которого b-d и e-g полностью или частично исключены из резания в зоне расположения наиболее изнашивающихся зубьев, что снижает интенсивность их износа, а зубья четных реек имеют режущий периметр a-c-d-e-f-g-h, причем на участках режущего периметра b-c-d и e-f-g срезают слои увеличенной толщины, что снижает удельную силу резания и изменяет направление схода стружек. Все это приводит к повышению стойкости фрезы в 1,5-2 раза.The proposed mill to simplify the manufacture has an even number of chip grooves (Fig. 2 and 3). At the teeth of the rods of odd numbers 1, 3, 5, ... (in Figs. 2, 3, 4), the reinforcing bevels are made at a negative rake angle γ ₁ = - (10 ^o ... 15 ^o ) and a height f ₁ = ( 0.25-0.30) m, which corresponds to a radial clearance in the transmission. Reinforcing bevels on the teeth of rails of even numbers 2, 4, 6 ,. .. (Figs. 2, 3, 5) are made at a negative rake angle, γ ₂ = arctan (2tgγ ₁ ) and a height f ₂ = 0.5f ₁ . In FIG. 4 and 5 h '- the height of the head of the teeth of the cutter. In the proposed cutter, the teeth (Fig. 6) of the odd rails have a cutting perimeter abdegh, the sections of which bd and eg are completely or partially excluded from cutting in the area of the most wearing teeth, which reduces the wear rate, and the teeth of even rails have a cutting perimeter acdefgh, and In sections of the cutting perimeter bcd and efg, layers of increased thickness are cut, which reduces the specific cutting force and changes the direction of chip flow. All this leads to an increase in the resistance of the cutter by 1.5-2 times.

У предлагаемой фрезы схема резания создается путем простой технологической операции - заточкой по передней поверхности на заточных станках, т.е. исключается необходимость в сложной операции профильного шлифования. The proposed cutter cutting scheme is created by a simple technological operation - grinding on the front surface on grinding machines, i.e. eliminates the need for complex profile grinding operations.

Причем упрочняющие фаски, характеризующиеся размерами γ₂ и f₂, могут быть смещены к оси фрезы на величину "e", соответствующую толщине слоя, срезаемого периферийной режущей кромкой наиболее изнашивающихся зубьев. Для червячных фрез средних модулей e = (0,04 - 0,08)m, где m - модуль в мм.Moreover, the reinforcing chamfers, characterized by the sizes γ ₂ and f ₂ , can be shifted to the axis of the cutter by a value of "e", corresponding to the thickness of the layer cut off by the peripheral cutting edge of the most wearing teeth. For worm mills of average modules e = (0.04 - 0.08) m, where m is the module in mm.

При смещении упрочняющих фасок на четных зубьях к оси фрезы на величину "e" периферийная режущая кромка нечетных зубьев срезает слои удвоенной толщины, а четные зубья режут только боковыми режущими кромками, т.е. повышение стойкости достигается за счет полного или частичного разделения срезаемых слоев на элементарные. При этом (фиг. 7 и 8) схема резания фрезы приближается к прогрессивной. Зубья нечетных реек (фиг. 8) режут полностью участками периметра a-b, d-e-f-g и k-l, участки b-d и g-k частично или полностью исключены из резания, зубья четных реек режут периметром a-c-d и g-h-l, т.е. полностью выведена из резания периферийная режущая кромка, что значительно улучшает условия стружкообразования и приводит к снижению интенсивности износа зубьев фрезы. При значениях e < 0,04 m и e>0,08 m эффективность работы фрезы падает, при меньших значениях "e" заниженные зубья начинают резать периферийной режущей кромкой, при больших - не происходит разделение срезаемых слоев на элементарные. When the hardening chamfers on the even teeth are displaced to the milling axis by the value “e”, the peripheral cutting edge of the odd teeth cuts the layers of double thickness, and the even teeth are cut only by the side cutting edges, i.e. the increase in resistance is achieved due to the complete or partial separation of the cut layers into elementary ones. At the same time (Figs. 7 and 8), the cutter cutting pattern approaches progressive. The teeth of the odd rails (Fig. 8) are cut completely by sections of the perimeter a-b, d-e-f-g and k-l, the sections b-d and g-k are partially or completely excluded from cutting, the teeth of even rails are cut by the perimeter a-c-d and g-h-l, i.e. the peripheral cutting edge is completely withdrawn from cutting, which significantly improves the conditions of chip formation and leads to a decrease in the wear rate of the cutter teeth. At values of e <0.04 m and e> 0.08 m, the cutter's working efficiency decreases, at lower values of "e" the understated teeth begin to be cut with a peripheral cutting edge, and for large values, the cut layers are not divided into elementary ones.

Пример. Рассмотрим червячную твердосплавную фрезу среднего модуля, например, m = 4 мм. Example. Consider a worm carbide milling cutter of the middle module, for example, m = 4 mm.

1. Примем для нечетных зубьев параметр упрочняющей фаски
γ₁ = -15^o, f₁ = 0,3m.
Тогда параметры упрочняющих фасок на четных зубьях

f₁ = 0,3m = 1,2 мм;
f₂ = 0,6 мм.1. We accept for odd teeth the parameter of the reinforcing bevel
γ ₁ = -15 ^o , f ₁ = 0.3m.
Then the parameters of the reinforcing bevels on even teeth

f ₁ = 0.3m = 1.2 mm;
f ₂ = 0.6 mm.

2. При

Эти линейные и угловые размеры упрочняющих фасок необходимо выдерживать при заточке фрезы по передней поверхности.2. When

These linear and angular dimensions of the reinforcing chamfers must be maintained when sharpening the cutter on the front surface.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий: средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в машиностроении при изготовлении зубчатых колес; для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке средств; средство, воплощающее заявляемое изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. The above information indicates the following conditions are met when using the invention: the tool embodying the claimed invention in its implementation is intended for use in industry, namely in mechanical engineering in the manufacture of gears; for the claimed invention in the form described in the claims, the possibility of its implementation using the means described above in the application is confirmed; the means embodying the claimed invention in its implementation is capable of achieving the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость". Therefore, the claimed invention meets the requirement of "industrial applicability".

Claims

A worm carbide milling cutter with a zero rake angle and reinforcing chamfers located at a negative rake angle at the tooth tips, characterized in that the number of cutter teeth is even, while on the odd teeth the reinforcing chamfers have a negative rake angle γ ₁ selected from the range γ ₁ = - (10-15 ^o ), and a height d ₁ selected from the range d ₁ = (0.25 - 0.30) m, where m is the modulus in mm, and on even teeth the reinforcing chamfers have a negative rake angle γ ₂ , selected by the formula γ ₂ = arctan (2γ ₁ ) and a height d ₂ selected by the formula d ₂ = 0.5d ₁ .