Frezy ślimakowe i wiórkowniki

Istnieje kilka odmian frezów ślimakowych, które znajdują zastosowanie do obróbki ślimacznic.

W obróbce metodą promieniową stosuje się zwykłe walcowe frezy ślimakowe podobne do tych, jakich używa się w każdej obróbce obwiedniowej kół walcowych. Powierzchnia śrubowa, na której leżą krawędzie skrawające, musi być tego samego rodzaju co ślimak współpracujący z obrabianą ślimacznicą, a więc dla ślimaków Archimedesa powierzchnia ta musi mieć kształt powierzchni śrubowej o prostoliniowym zarysie osiowym, dla ślimaków ewolwentowych musi tworzyć powierzchnię śrubowo-ewolwentową itd. Wymiary zębów freza powinny być większe od wymiarów ślimaka o wielkość zależną od żądanych luzów w przekładni. Średnicą podziałowa freza powinna być większa od średnicy podziałowej ślimaka o wielkość, która stanowi pewien zapas na ostrzenie. Frezy ślimakowe ostrzy się wprawdzie szlifując tylko powierzchnię natarcia, jednakże wskutek zatoczenia zębów frez po ostrzeniu zmienia swoje wymiary średnicowe. Wielkości dopuszczalnego powiększenia średnicy podziałowej freza określa przytoczony już wzór Dudleya.

Frezy ślimakowe przy większych wymiarach wykonuje się jako nasadzane, przy mniejszych — jako jednolite. Końcówki trzpieni muszą być dostosowane do gniazd w suporcie narzędziowym frezarki.

Nasadzany frez ślimakowy

Dość skomplikowanie przedstawia się sprawa wyboru liczby ośtrzy freza. Dla freza pracującego z posuwem promieniowym należy przewidywać możliwie dużą liczbę ostrzy skrawających. Nie jest również sprawą obojętną czy liczba ostrzy na obwodzie freza jest w stosunku do liczby zębów freza (lub liczby zębów ślimaka, bo obie muszą być identyczne) liczbą pierwszą, czy też ma z nią jakiś wspólny dzielnik lub jest w stosunku do niej liczbą wielokrotną. Jeżeli liczba ostrzy freza jest liczbą wielokrotną w stosunku do liczby zębów, to należy oczekiwać, że ślady obróbki będą rozłożone we wszystkich wrębach identycznie. Powierzchnie zębów będą jednak utworzone przez stosunkowo małą liczbę ostrzy. Jeżeli liczba zębów ślimacznicy jest także wielokrotnością liczby zębów ślimaka, to wtedy wielokrotność liczby ostrzy freza w stosunku do jego liczby zębów jest nawet w pewnym sensie korzystna. Te same ostrza obrabiają bowiem wtedy stale te same wręby ślimacznicy. Liczba różnych położeń ostrzy w czasie skrawania jest wprawdzie mała, ale wszystkie wręby są za to podobnie ukształtowane. Jeżeli jednak liczba zębów ślimacznicy jest liczbą pierwszą w stosunku do liczby zębów ślimaka, to korzystniejsze jest, aby liczba ostrzy freza była również liczbą pierwszą w stosunku do jego liczby zębów. Przedłużając wtedy obróbkę ślimacznicy już po dosunięciu freza na żądaną głębokość osiąga się to, że każdy ząb freza trafi w końcu do każdego wrębu ślimacznicy. W rezultacie wszystkie wręby zostaną ukształtowane identycznie, dzięki niepodzielności liczby ostrzy freza przez jego liczbę zębów zyskuje się to, że na ukształtowanie wrębów ślimacznicy składa się stosunkowo duża liczba różnych położeń ostrzy freza.

Jeśli chodzi o jednorzędowe frezy ślimakowe, to można je traktować jako frezy zaopatrzone w jedno ostrze na każdym zębie, albo jako szereg pojedynczych noży, z których każdy reprezentuje inny ząb ślimaka. Tak czy inaczej konstrukcja takiego freza nie zawiera żadnych nowych elementów, które wymagałyby specjalnego omówienia.

Frezy ślimakowe do obróbki ślimacznic z materiału pełnego metodą styczną zaopatruje się w nakrój stożkowy. Nakrój pozwala podzielić warstwę skrawaną na wiele zębów, co z kolei pozwala zwiększyć posuw, a tym samym i wydajność obróbki. Długość nakroju przyjmuje się najczęściej równą około trzem wysokościom całkowitym zęba freza, a wysokość nakroju — około 3/4 tej wysokości.

Zęby na nakroju freza różnią się od zębów w części walcowej. Różnice dotyczyć mogą albo tylko wysokości zębów, albo również i ich grubości. Pierwszy przypadek stosuje się częściej, ponieważ wykonanie freza jest wtedy znacznie łatwiejsze.

Trzpieniowy frez slimakowy

W drugim przypadku natomiast rozdział materiału skrawanego na poszczególne zęby jest korzystniejszy, wykonanie freza jest jednak trudniejsze. Zmienną grubość zębów zapewnia się zazwyczaj w ten sposób, że ostrza nakroju, obrabiające różne strony wrębów, tworzą ślimak dwuskokowy. Część walcowa freza stanowi zwykły ślimak, w którym obie strony zęba mają ten sam skok. Poza tym wszystkie podane już przedtem zasady doboru kształtu oraz wymiarów zębów dla frezów ślimakowych odnoszą się również i do frezów z nakrojem stożkowym. Wyjątek stanowią jedynie zasady wyboru liczby ostrzy na obwodzie freza.

Ostrza frezów pracujących z posuwem stycznym, jak to wynika z samego posuwu, zmieniają swe położenie względem wrębów ślimacznicy. Dlatego też bez względu na liczbę ostrzy freza wrąb ślimacznicy jest utworzony przez bardzo dużą liczbę ostrzy o różnych położeniach. Liczba różnych położeń ostrzy jest nieporównywalnie większa niż w metodzie promieniowej. Z tego więc względu przy obróbce z posuwem stycznym nie ma potrzeby dążyć do tego, aby liczba ostrzy na obwodzie freza była koniecznie liczbą pierwszą w stosunku do jego liczby zębów. Jeśli liczba zębów ślimacznicy jest wielokrotnością liczby zębów ślimaka, to liczbę ostrzy freza na obwodzie można w zasadzie przyjąć zupełnie dowolnie. Wprawdzie, gdy przyjmuje się ją jako liczbę pierwszą w stosunku do liczby zębów ślimaka, "to pierwsze ślady obróbki nie będą jednakowe na wszystkich wrębach. Poza tym jednak praca freza będzie zupełnie prawidłowa. Jeżeli natomiast liczba zębów ślimacznicy jest liczbą pierwszą w stosunku do liczby zębów ślimaka, wtedy nie jest wskazane, aby liczba ostrzy na obwodzie freza ślimakowego była liczbą pierwszą w stosunku do liczby zębów ślimaka. Jeżeli bowiem tak jest, to obciążenie na poszczególnych zębach nie jest równomierne. Tymczasem największe obciążenie pojedynczego zęba decyduje o wielkości posuwu. Ze względu więc na wydajność obróbki lepiej jest, aby w takich przypadkach, gdy liczba zębów ślimacznicy jest liczbą pierwszą w stosunku do liczby zębów ślimaka, liczba ostrzy freza była wielokrotnością liczby zębów ślimaka.

Żaden z dotychczas omawianych frezów nie zapewniał tak istotnej dla obróbki ślimacznic cechy, jaką jest niezmienność jego wymiarów. Zaletę tę posiadają natomiast frezy ślimakowe specjalne, które podobnie jak przeciągacze mają nie tylko zęby skrawające, ale również i zęby zapasowe. Zasadę konstrukcji takiego freza wyjaśniono na rysunku. Frez jest przeznaczony do dokładnej obróbki ślimacznic z posuwem stycznym. Przed obróbką tym frezem uzębienie ślimacznicy musi być już zgrubnie obrobione, na przykład metodą styczną, z pomocą freza ślimakowego o nakroju stożkowym. Naddatek, jaki pozostawia się na obróbkę dokładną frezem specjalnym, jest niewielki (rzędu od 0,1 do 0,3 mm na stronę zęba), zależnie od wielkości modułu.

Frez specjalny różni się od zwykłego freza ślimakowego tym, że na długości, oznaczonej na rysunku jako lw2, zęby mają stale wzrastającą łyskę, utworzoną przez powierzchnię zębów, na której kąt przyłożenia równy jest zeru. Powierzchnia łyski nie jest więc ani zatoczona, ani zaszlifowana. Jest to powierzchnia ślimaka o wymiarach freza. Zęby freza są zatoczone, a później ewentualnie zaszlifowane w ten sposób, że początki zaszlifowania leżą na powierzchni śrubowej o innym skoku aniżeli skok powierzchni natarcia. Jeżeli na przykład skok powierzchni natarcia prostopadłej do linii zębów wynosi Ss, to skok powierzchni odpowiadającej początkom zataczania wynosi Sz, przy czym SS<SZ.

W zwykłych frezach ślimakowych powierzchnia początków zatoczenia i powierzchnia natarcia zębów są powierzchniami śrubowymi o jednakowym skoku, toteż wszystkie zęby zatoczone (albo zaszlifowane) są identyczne. We frezach specjalnych zataczanie zębów przebiega w ten sposób, że jeżeli na jednym końcu freza zęby są już całkowicie zatoczone, to na drugim końcu pozostaje jeszcze pewna część powierzchni zupełnie niezatoczona. Zataczania lub zaszlifowania dokonuje się tylko tak długo, aż osiągnie się żądaną szerokość niezatoczonej powierzchni. Jest to właśnie powierzchnia łyski.

Z różnicy skoków powierzchni śrubowej początków zatoczenia i powierzchni śrubowej natarcia wynika, że obie te powierzchnie się przecinają. Przecięcie ich stanowi granicę między zębami, które są całkowicie zatoczone (na długości lw1) oraz zębami, na których pozostaje niezatoczona łyska (na długości lw2). Niezatoczona łyska wzrasta w miarę oddalania się od miejsca, w którym powierzchnia początków zatoczenia przecina powierzchnię natarcia. Zęby w obszarze lwl pracują tak, jak zęby zwykłego freza ślimakowego. Natomiast zęby w obszarze wymiaru lw2 stanowią odpowiednik zębów zapasowych przeciągacza. Ich zadaniem jest przedłużyć trwałość narzędzia.

Frez ślimakowy ostrzy się szlifując powierzchnię natarcia. W miarę ostrzenia granica pomiędzy zębami skrawającymi i zapasowymi stale się przesuwa, a tym samym łyska na poszczególnych zębach zapasowych staje się coraz cieńsza. Ilość ostrzeń freza zależy od szerokości łyski w nowym frezie. Dla ślimacznic z brązu przyjmuje się ją rzędu 1-3 mm zależnie od modułu.

Przedstawiony na rysunku frez ślimakowy jest, jak już podkreślono, frezem przeznaczonym tylko do obróbki dokładnej. Przed zastosowaniem tego freza obróbkę uzębienia poprzedzić musi obróbka frezem ślimakowym z nakrojem stożkowym. Można jednak połączyć oba te narzędzia. Taki zespołowy frez ślimakowy specjalny ma nakrój stożkowy na długości ls zęby całkowicie zatoczone lub zaszlifowane na długości lw1 oraz zęby zapasowe na długości lw2. Spotyka się również frezy, które obok wyżej wymienionych trzech części mają jeszcze część czwartą, którą jest tzw. wiórkownik.

Do obróbki walcowych kół zębatych zaczyna się obecnie stosować frezy ślimakowe ze wstawianymi grzebieniami. Frezy takie posiadają między innymi i tę zaletę, że dzięki umieszczeniu grzebieni w innych korpusach w czasie szlifowania i w innym w czasie pracy możliwe jest szlifowanie boków zębów freza jako powierzchni śrubowych bez żadnego kąta przyłożenia. Wyjaśniono to na rysunku. Wydaje się, że myśl tę można byłoby wykorzystać w obróbce ślimacznic ze ślimakami o małych skokach, przekładając po określonym stępieniu grzebienie z jednego korpusu freza do korpusu o nieco inaczej wykonanych rowkach.

Wiórkowniki są narzędziami stosowanymi do ostatecznej obróbki uzębienia. Są to narzędzia w kształcie ślimaków o analogiczym kształcie, ale o wymiarach nieco większych od ślimaków, z którymi ma współpracować ślimacznica. Wiórkowniki, podobnie jak i frezy stosowane do obróbki ostatecznej, mają nieco większe od ślimaków wymiary, co ma na celu uwzględnienie luzu wierzchołkowego i międzyzębnego oraz zapewnienie prawidłowych śladów współpracy. Trzeba przy tym dodać, że w przypadku wiórkowników nie stosuje się na ogół większych „nadwymiarów" średnicy podziałowej, aniżeli wynika to ze wzoru Dudleya.

Wiórownik i wiórownik dwuskokowy

Skrawanie umożliwiają wiórkownikom płytkie rowki widoczne na rysunku. Łyska jest znacznie węższa niż we frezach specjalnych. Szerokość jej wynosi zaledwie od 0,3 do 0,5 mm.

Na rysunku przedstawiono wiórkownik do ślimacznicy współpracującej ze ślimakiem dwuskokowym.

Wiórkowniki są narzędziami kosztownymi, lecz jednocześnie bardzo trwałymi. Autorowi znany jest przypadek, gdy narzędzie zespołowe składające się z czterech części: z freza o nakroju stożkowym, freza o zębach zaszlifowanych, freza o zębach zapasowych oraz wiórkownika, wykonane jako jednolite, zdolne było obrobić 1500 ślimacznic samochodowych bez potrzeby ostrzenia. Uwzględniając więc, że takie narzędzie może być kilkakrotnie ostrzone, dochodzi się do wniosku, że liczba ślimacznic obrobionych jednym takim narzędziem może być bardzo duża. Tym samym wysoki stosunkowo koszt narzędzia staje się opłacalny. Tak kosztownych jednak narzędzi nie płaca się stosować, o ile przewidywana do obróbki jednym narzędziem liczba ślimacznic jest zbyt mała.

Stosowanie drogich ale wydajnych narzędzi możliwe jest w produkcji masowej bądź dzięki właściwej normalizacji tych narzędzi.

 

Drukuj