Методы обработки зубьев цилиндрических колес разделяются на две группы: методы копирования и методы обкатки.
При обработке методом копирования профиль инструмента должен быть таким же, как профиль впадины между зубьями колеса. Зубья нарезают на обыкновенном фрезерном станке общего назначения фасонной дисковой или фасонной концевой фрезой с помощью универсальной делительной головки. После прорезания одной впадины производят деление и фрезеруют следующую. Для уменьшения накопленной погрешности, впадины прорезают не подряд, а через несколько зубьев. Метод дает низкую точность и малую производительность и применяется в условиях единичного производства для получения колес 9-10 степенен точности.
Метод обкатки допускает применение инструмента с прямолинейными режущими кромками. По сравнению с методом копирования метод обкатки отличается большей точностью, возможностью использовать один и тот же инструмент для обработки колес с различным числом зубьев. Рассмотрим нарезание колес, осуществляемые методом обкатки.
Зубофрезерование. Зубофрезерование методом обкатки широко используется для нарезания цилиндрических колес внешнего зацепления с прямыми и косыми зубьями. Операцию выполняют на зубофрезерном станке червячной фрезой (рис. 12). В процессе зубофрезерования главным рабочим
Зубофрезерование червячной фрезой - основной метод нарезания колес с косыми зубьями. Этот метод проще, чем другие методы (зубодолбление).
От точности установки заготовки (совпадения оси посадочного места с осью вращения стола станка) зависят основные точностные параметры колес. Поэтому для получения колес высокой степени точности перед зубофрезерованием необходимо посадочные цилиндр и торец обработать в одной операции, с точностью по диаметру не ниже 7 квалитета. При одновременной обработке нескольких заготовок в пакете в предшествующих операциях необходимо выдержать параллельность торцов у заготовок и перпендикулярность их к оси посадочного цилиндра.
Червячные колеса нарезают на зубофрезерном станке двумя методами:
С радиальной подачей колеса;
С тангенциальной подачей инструмента (рис. 13).
В обоих случаях фреза должна по размерам строго соответствовать червяку, с которым будет работать нарезанное колесо. Нарезание методом радиальной подачей червячной фрезой более производительно, но хуже по точности (межцентровое расстояние при нарезании непостоянно). Для метода тангенциальной подачи используется фреза червячная тангенциальная, снабженная заборным конусом.
Зубодолбление. Операцию зубодолбления круглыми долбяками выполняют на зубодолбежном станке, работающим методом обкатки. В процессе нарезания главным рабочим движением является возвратно-поступательные ходы долбяка, а движения обкатки (оно же движение подачи) - вращение (поворачивание) заготовки, согласованное с вращением (поворачиванием) долбяка (имитация зацепления пары колес) (рис. 14).
Инструмент - долбяк, представляет собой режущее колесо с эволвентными зубьями. По конструктивному оформлению корпуса различают долбяки дисковые, чашечные, втулочные и хвостовые.
Зубодолбление позволяет нарезать зубья вблизи буртика или зубья блочного колеса, зубофрезерование которых невозможно из-за отсутствия места для выхода червячной фрезы.
Для нарезания косозубого колеса требуется косозубый долбяк и устройство в станке для сообщения долбяку винтового движения.
Мелкие зубья (m<1,5 мм) нарезают в один проход, т.е. зубчатый венец образуется за один оборот заготовки. Более крупные зубья нарезают в два - три прохода. Для автоматического врезания станки снабжают специальными кулачками (двух и трехпроходными).
Долбление круглым долбяком - единственный способ нарезания колес с внутренним зубом.
Зубодолбление аналогично по точности и по производительности зувофрезерованию.
Зубозакругление. Для облегчения ввода зубьев во впадины сопрягаемых колес при перемещении их вдоль своих осей выполняют один из специальных видов обработки торцов зубьев: закругление, снятие фасок и заусенцев.
Зубозакругление выполняется на зубозакругляющих станках разными фрезами.
1. Обработка пальцевой конической фрезой осуществляется с непрерывным делением на каждый зуб колеса. Ось шпинделя фрезы располагается перпендикулярно оси колеса. Шпиндель с фрезой, вращаясь вокруг своей оси, совершает движение вверх и вниз параллельно длине зуба, а колесо непрерывно вращается и закругление зубьев получается в результате совместного движения фрезы и вращения колеса.
Возвратно-поступательное перемещение фрезы вдоль торца зуба обеспечивает бочкообразную форму закругления. В начале обработки деталь подводится к фрезе и в конце отводится от нее.
2. Обработка фрезой трубчатой с внутренней конусной поверхностью с зубьями. Фреза совершает возвратно-поступательное движение вдоль своей оси и зубья ее вводятся в соприкосновение с противоположными профилями смежных зубьев, закругляя их торцы. При обратном ходе фрезы колесо поворачивается на один зуб и весь цикл повторяется.
Снятие фасок и заусенцев выполняется аналогичными способами пальцевыми фрезами или абразивным инструментом.
Шевингование - процесс тонкой обработки зубьев колес с твердостью HRC<40, осуществляемый инструментом - шевером, представляющим собой колесо с косыми зубьями, в которых прорезаны поперечные канавки (рис. 15). Края этих канавок служат режущими кромками - в процессе обработки они соскабливают с поверхности зубьев колеса очень тонкую стружку (0,05-0,01 мм).
Шевингованием обрабатывают колеса с прямым и косым зубом, многовенцовые блоки колес. Для обработки зубья колес вводят в зацепление с зубьями шевера. Условия зацепления должны выть такими, чтобы существовало взаимное давление и относительное скольжение зубьев. Шевер с косыми зубьями получает принудительное вращение и вращает колесо, свободно установленное в центрах станка на оправке. Скрещивание осей обуславливает продольное относительное скольжение зубьев шевера вдоль всей поверхности зуба, для этого столу станка сообщается продольная подача. В конце хода стол получает поперечную (вертикальную) подачу. Время обработки одного зуба 2-3 секунды. Шевингование повышает точность колес на одну степень точности. Обычно обработкой, предшествующей шевингованию, служит зубофрезерование (зубодолбление), проводимое на втором этапе. В таких случаях шевингованием на третьем этапе получают колеса 6-ой степени точности.
Шевингование неприменимо для колес, зубьям которых придана высокая поверхностная твердость.
Зубошлифование. Зубошлифованием обрабатывают ответственные колеса с цементированными или азотированными зубьями. Зубошлифование осуществляется, чаще всего, на зубошлифовальных станках, работающих червячным шлифовальным (абразивным) кругом (рис. 16). Схемы работы подобны схеме зубофрезерования, но скорости движении соответствуют требуемым для шлифования. Метод зубошлифования обеспечивает высокую производительность и позволяет получить на третьем этапе колеса 6-ой степени точности.
Рис. 16. Схема зубошлифования.
Притирание , как и зубошлифование, служит для отделки зубьев, имеющих высокую поверхностную твердость. Однако в отличие от шлифования притиранием можно снимать очень небольшой слои металла. Поэтому припуск на притирание (0,01-0,04 мм на толщину зуба) обеспечивают за счет некоторой части допуска на окончательную толщину зуба. Наилучшей операцией, перед притиранием, является шевингование зубьев (до термообработки), сочетающее высокую точность с большой производительностью. Такой комплекс операций во многих случаях позволяет отказаться от шлифования - и тем самым резко повысить производительность на окончательном этапе обработки детали. Притирание осуществляется на третьем, четвертом этапе и позволяет получить колеса 6-5 степени точности 8-10 класса шероховатости.
В качестве притиров используют точные чугунные колеса с прямыми или косыми зубьями. Существуют станки, работающие тремя притирами (один прямозубый и два косозубых с разными направлениями спирали, рис. 17) и одним притиром (косозубым или прямозубым). Скрещивание осей притира и колеса (обычно под углом 10-15°) вызывает при вращении их относительное продольное скольжение зубьев. Кроме того, предусматривают осевое перемещение колеса.
Производительность притирания в нормальных условиях очень большая (в среднем 3-6 секунды на один зуб). Как и при всяком притирании, оно сильно зависит от зернистости и химической активности применяемого притирочного состава. В случае повышения припуска производительность резко падает.
Значительно большие припуска (до 0,2 мм) позволяет снимать сходный по кинематике с притиранием процесс обработки не чугунным, а абразивным зубчатым колесом, называемый зубохонингованием и применяемый для сравнительно неточных колес.
Лекция 27. Зубонарезание. Методы изготовления зубчатых колёс
Формообразование профилей зубьев зубчатых колес
В передачах современных машин и приборов широко применяют зубчатые колеса с эвольвентным зацеплением, т. е. такие, у которых боковая поверхность зуба очерчена эвольвентной кривой. Эвольвентой называют траекторию точки прямой, катящейся по окружности без скольжения.
Различают два метода профилирования эвольвентных зубчатых колес: копирование и обкатку (огибание).
Копирование. Метод основан на профилировании зубьев фа-сонным инструментом, профиль режущей части которого соответ-ствует профилю впадины нарезаемого зубчатого колеса. По ме-тоду копирования зубчатые колеса нарезают дисковой модульной фрезой на горизонтально- или универсально-фрезерных станках (рис. 73, а) и пальцевой фрезой на вертикально-фрезерных станках (рис. 73, б) последовательно по одной впадине с ис-пользованием делительной головки.
Рис. 73. Схемы фрезерования зубьев по методу копирования:
1 – фреза; 2 – нарезаемое колесо.
В процессе фрезерования впадины между зубьями колеса со-общают фрезе главное вращательное движение, а заготовке - продольную подачу. По окончании фрезерования одной впадины стол отводят в исходное положение и заготовку поворачивают
на - часть оборота (z - число зубьев нарезаемого зубчатого ко-леса). Пальцевыми фрезами нарезают зубчатые колеса больших модулей и шевронные колеса.
Нарезание зубчатых колес методом копирования не обеспечивает высокой точности вследствие погрешностей фасонного инстру-мента и неточности делительных головок. Этот метод применяют для нарезания зубчатых колес невысокой точности. Зубонарезание методом копирования производят также долблением одновременно всех впадин зубчатого колеса. В качестве инструмента используют резцовую головку, которая имеет столько радиально расположен-ных фасонных резцов, сколько впадин у нарезаемого колеса.
Нарезание одновременно всех зубьев колеса по методу копирования обеспечивает высокую производительность, но в связи со сложностью и высокими требованиями к точности изготовлении режущего инструмента этот метод имеет ограниченное применение.
Обкатка . Метод основан на зацеплении зубчатой пары, элементами которой являются режущий инструмент и заготовка. Режущие лезвия инструмента имеют профиль зуба сопряженной рейки (рис. 74, а) или сопряженного колеса (рис. 75, а),
Рис. 74. Схема формообразования зубьев цилиндрического колеса червячной модульной фрезой: 1 – червячная модульная фреза; 2 – нарезаемое колесо
Рис. 75. Схема формообразования зубьев цилиндрического колеса долбяком:
Боковая поверхность зуба на заготовке образуется как огибающим последовательных положений режущих лезвий инструмента в их относительном движении (рис. 74, б и 75, б).
Различные положения режущих лезвий относительно формиру-емого профиля зубьев на заготовке получают в результате кинематически согласованных вращательных движений инструмента и заготовки на зуборезном станке.
Метод обкатки обеспечивает непрерывное формообразовании зубьев колеса. Нарезание зубчатых колес этим методом получило преимущественное распространение вследствие высокой произво-дительности и значительной точности обработки. Наиболее ши-роко применяют нарезание зубчатых колес методом обкатки на зубофрезерных, зубодолбежных и зубострогальных станках.
Режущие инструменты для нарезания зубчатых колес по методу обкатки
Червячная модульная фреза (рис. 76, а). Фреза пред-ставляет собой винт с прорезанными перпендикулярно к виткам канавками. В результате этого на червяке образуются режущие зубья, расположенные по винтовой линии. Профиль зуба фрезы и нормальном сечении имеет трапецеидальную форму и представ-ляет собой зуб рейки с задним а и передним у углами заточки. Червячные фрезы изготовляют однозаходными и многозаходными. Чем больше число заходов, тем выше производительность фрезы, но точность ее работы при этом немного снижается. Поэтому для сохранения точности при чистовом нарезании надо применять однозаходные червячные фрезы. Многозаходные фрезы находят применение для чернового зубонарезания. Червячными модуль-ными фрезами нарезают цилиндрические колеса с прямыми и ко-сыми зубьями и червячные колеса
Рис. 76. Червячная модульная фреза (а); зуборезный долбяк (б) и зубострогальный резец (в)
Зуборезный долбяк (рис. 76, б). Долбяк представляет собой зубчатое колесо, зубья которого имеют эвольвептный профиль с задним а и передним у углами заточки. Различают два типа долбяков: прямозубые для нарезания цилиндрических колёс с прямыми зубьями и косозубые для нарезания цилиндрически колес с косыми зубьями.
Зубострогальный резец (рис. 76, в). Резец имеет призматическую форму с соответствующими углами заточки и прямолинейным режущим лезвием. Режущее лезвие затачивают с передним углом γ = 20° и задним углом α = 0°. Задний угол образуется в результате наклонного закрепления резца в державке, при этом уменьшается передний угол у. Эти резцы применяют попарно для нарезания конических зубчатых колес с прямыми зубьями.
Нарезание зубчатых колес на зубофрезерных станках
На зубофрезерных станках нарезают цилиндрические колеса внешнего зацепления с прямыми и косыми зубьями и червячные колеса червячной модульной фрезой по методу обкатки.
Рис. 77. Общий вид зубофрезерного станка.
На рис. 77 показан общий вид зубофрезерного станка. На станке 1 установлена неподвижная стойка 2. Фрезу, закрепленную на оправке, устанавливают в шпинделе фрезерного суппорта 3, который перемещается по вертикальным направляющим стойки. Заготовку закрепляют на оправке вращающегося стола 7. Верхний конец оправки поддерживается подвижным кронштейном 5. Салазки 8 oбеспечивают горизонтальное перемещение стойки 6 и стола 7 по направляющим станины. Поперечина 4 связывает обе стойки и тем самым по-вышает жесткость станка.
Для обеспечения требуемых скоростей вращения и поступательного перемещения фрезы и заготовки в процессе нарезания зубьев станок имеет четыре гитары сменных зубчатых колес.
С помощью гитары скоростей 9 устанавливают частоту вращения шпинделя в минуту. Гитара деления 11 (обкатки) служит для сообщения заготовке окружной скорости, необходимой для автоматического деления заготовки на заданное число зубьев. С помощью гитары подач 10 устанавливают вертикальную подачу фрезы или горизонтальную подачу заготовки. Гитара дифферен-циала (находится в одной коробке с гитарой подач) сообщает заготовке дополнительное вращательное движение при нарезанииколёс с косым зубом. Она позволяет увеличить или уменьшить скорость вращения заготовки, которая определяется настройкой делительной гитары, и получить левый или правый наклон зубьев колеса.
(рис. 78, а).
При нарезании червячная фреза вращается и перемещается вдоль оси заготовки. Скоростью резания при зубофрезеровании является скорость вращения фрезы, а подачей - перемещение фрезы вдоль оси вращения заготовки.
Рис. 78. Схемы нарезания цилиндрических зубчатых колёс на зубофрезерном станке:
1 – червячная фреза; 2 – заготовка
Скорость резания (в м/мин):
,
где D ф - наружный диаметр фрезы, мм; n - частота вращения фрезы, об/мин.
Подачу s B измеряют в миллиметрах на один оборот заготовки и выбирают из нормативов по режимам резания в зависимости от числа зубьев, требуемой шероховатости и точности обработки. Так как червячная фреза представляет собой ряд реек, режущие лезвия которых расположены на винтовых поверхностях червячная фреза и заготовка должны находиться в относительном движении, соответствующем зацеплению колеса с рейкой.
Вращение фрезы и заготовки связано отношением:
,
где n заг - частота вращения заготовки, об/мин; n ф -частота вращения фрезы, об/мин; А - передаточное отношение передач цепи обкатки; k - число заходов червячной фрезы; z - число нарезаемых зубьев на заготовке.
Отсюда следует, что при каждом обороте червячной фрезы заготовка должна повернуться на k/z часть оборота. Согласованной и непрерывное вращение заготовки и фрезы являются обкаточным движением. Таким образом, для нарезания цилиндрических колес с прямыми зубьями необходимы три движения: главное вращательное червячной фрезы v, круговая подача заготовки (делительное движение) s кp. заг. и вертикальная подача фрезы s B . Для согла-сования этих движений на станке настраивают кинематический цепи: скоростную, делительную и вертикальной подачи.
Кинематическая скоростная цепь связывает вращение чернич-ной фрезы с вращением вала электродвигателя. Кинематическая цепь деления (обкатки) связывает вращение червячной фрезой с вращением заготовки; кинематическая цепь вертикальной подачи - перемещение фрезы в вертикальной плоскости с вращением заготовки.
Чтобы нарезаемые зубья имели симметричный профиль, ось вращения червячной модульной фрезы устанавливают под углом λ к торцу заготовки колеса.
При нарезании цилиндрических колес с прямыми зубьями (рис. 78, б) ось червячной фрезы устанавливают относительно плоскости, перпендикулярной к оси заготовки, под углом λ, равным углу подъема витков червячной фрезы w.
Нарезание цилиндрических колес с косыми зубьями (рис. 78 в).
При нарезании ось фрезы устанавливают под углом λ, при определении которого учитывают угол подъема витков червячной фрезы w и угол наклона нарезаемых зубьев β:
;
знак «плюс» берут при разноименном наклоне зубьев фрезы и колеса, «минус» – при одноименном наклоне.
Для формообразования косого зуба необходимы три движения: вращение фрезы v, вертикальная подача фрезы s B и ускоренном (или замедленное) вращение заготовки s кp. заг, которое складывается из основного и дополнительного ее вращений. Первые дни движения и основное вращение заготовки осуществляются настройкой тех же кинематических цепей, что и при нарезании колес с прямыми зубьями.
При вертикальном перемещении фрезы на величину подачи s B зубья фрезы должны перемещаться вдоль винтовых линий зубьев колеса. Для обеспечения этого условия необходимо, чтобы заготовка совершила один дополнительный оборот, что достигается настройкой дифференциальной кинематической цепи. Дифференциальная цепь сообщает заготовке один дополнительный оборот за Т/t в оборотов вертикального ходового винта фрезерного суппорта (T - шаг винтовой линии зубьев нарезаемого колеса; t B - шаг резьбы вертикального ходового винта фрезерного суппорта).
Суммирование основного и дополнительного вращательных ишжений заготовки осуществляется дифференциалом. Основное и ращение заготовки зависит от отношения числа заходов червячной фрезы к числу зубьев нарезаемого колеса, а дополнительное к ращение - от угла наклона нарезаемых зубьев.
Направление дополнительного вращения заготовки Δs кр.заг совпадает с направлением ее основного движения (ускоренное вращение заготовки), если направления винтовых линий зубьев нарезаемого колеса и фрезы одинаковы. Если же направления винтовых линий различны, то дополнительное вращение будет направлено в сторону, обратную основному движению (замедлен-ное вращение заготовки).
Нарезание червячных колес (рис. 78, г).
При нарезании ось фрезы устанавливают горизонтально (λ = 0°) на высоте сере-дины заготовки.
Для нарезания червячных колес необходимы три движения: вращение червячной фрезы v, вращение заготовки s кp.заг и радиаль-ная подача заготовки s p . Первые два движения осуществляют настройкой тех же кинематических цепей, что и при нарезании колес с прямыми и косыми зубьями. Для нарезания зуба на пол-ную глубину заготовке сообщают радиальную подачу s p , настраи-вая кинематическую цепь горизонтальной подачи. Цепь горизон-тальной подачи связывает перемещение заготовки в горизонталь-ной плоскости с ее вращением (s p мм/об, заг.).
Нарезание зубчатых колес на зубодолбежных станках
На зубодолбежных станках нарезают цилиндрические зубча-тые колеса внешнего и внутреннего зацепления с прямыми и ко-сыми зубьями. На этих же станках можно нарезать блоки зубча-тых колес с малым расстоянием между венцами колес, а также шевронные колеса. Зубчатые колеса на зубодолбежных станках нарезают долбяками по методу обкатки, в основу которого поло-жено зацепление двух цилиндрических зубчатых колес (см. рис. 75, б).
Зубодолбежные станки в зависимости от расположения оси нарезаемого колеса делят на горизонтальные и вертикальные.
Рис. 79. Общий вид зубодолбёжного станка.
На рис. 79 показан общий вид вертикального зубодолбежного станка. Станина станка состоит из двух частей – нижней 1 и верхней 2. Долбяк, закрепленный в шпинделе 6, получает вращение и одновременно возвратно-поступательное движение. Суппорт 4 перемещается по направляющим станины 2 и в роперечном направлении. Заготовку закрепляют на шпинделе стола 7 и сообщают ей вращательное движение. Кроме того, заготовка имеет возвратно-поступательное движение в горизонтальной плоскости для отвода заготовки от долбяка во время его холостого хода. Гитара скоростей 8 предназначена для изменения числа двойных ходов в минуту долбяка. Гитара делении 3 сообщает долбяку окружную скорость для автоматического деления заготовки на заданное число зубьев. С помощью механизма подачи 5 устанавливают радиальную подачу долбяка.
Нарезание цилиндрических колес с прямыми зубьями (рис. 80, а).
Такие колеса нарезают прямозубыми долбяками.
Рис. 80. Схемы нарезания цилиндрических колёс с прямым зубов внешнего (а) и внутреннего (б) зацеплений на зубодолбёжном станке:
1 – долбяк; 2 – нарезаемое колесо
Главным движением, определяющим скорость резания, является возвратно-поступательное движение долбяка. Движение долбяка вниз является рабочим ходом v p , движение его вверх - холостым ходом v x . Оба движения - рабочее и холостое составляют двойной ход долбяка.
Скорость резания (в м/мин) при зубодолблении:
,
где L - длина хода долбяка, мм; n - число двойных ходов долбяка в минуту.
Долбяк и заготовка, находясь в зацеплении, вращаются со скоростью, обратно пропорциональной числу их зубьев:
,
где n заг - частота вращения заготовки, об/мин; n д - частота вращения долбяка, об/мин; z д - число зубьев долбяка; z зar - число зубьев нарезаемого колеса.
Вращение долбяка (круговая подача долбяка s кp.д) и вращение заготовки (круговая подача заготовки s кp. заг) яв-ляются движением обкатки.
Круговая подача выражается дли-ной дуги делительной окружности дол-бяка, на которую он поворачивается за один двойной ход (мм/дв. ход). Попе-речным перемещением суппорта долбя-ку сообщают радиальную подачу - движение врезания долбяка в заготов-ку (s p мм/об. заг). Радиальная подача сообщается до достижения полной глу-бины впадины между зубьями. В даль-нейшем процесс нарезания происходит при постоянном межцентровом расстоянии в течение одного обо-рота заготовки. Для устранения трения зубьев долбяка о заго-товку во время холостого хода заготовка вместе со столом отво-дится от долбяка, а в начале рабочего хода подводится к долбяку (на схеме - движение Δs).
Рис. 81. Схемы нарезания цилиндрического колеса с косым зубом внешнего зацепления на зубодолбёжном станке:
1 – копир; 2 – долбяк; 3 – нарезаемое колесо
Нарезание цилиндрических колес с прямыми зубьями внутрен-него зацепления (рис. 80, б). При нарезании таких колес долбяку и заготовке сообщают те же движения, что и при нареза-нии колес внешнего зацепления. Различие заключается лишь в том, что при нарезании зубчатых колес внутреннего зацепления направления вращения долбяка и заготовки одинаковы, тогда как при нарезании колес внешнего зацепления они противоположны.
Нарезание цилиндрических колес с косыми зубьями (рис. 81). Нарезают такие колеса косозубыми долбяками. Для нарезания колес с косыми зубьями нужен комплект косозубых долбяков с та-ким же углом наклона зубьев, как и у нарезаемых колес. Этот комплект состоит из двух долбяков: левого - для нарезания правого колеса и правого - для нарезания левого колеса.
Долбяку и заготовке сообщают те же движения, что и при нарезании колес с прямыми зубьями. Дополнительно долбяку сообщают вращательное движение (дополнительную круговую подачу Δs кр.д), обусловленное углом наклона зубьев и согласованное с его возвратно-поступательным движением. Дополнительное вращение долбяка обеспечивается установкой на шпинделе станка винтовых направляющих (копиров). Угол наклона винтовой линии копира должен соответствовать углу наклона зубьев нарезаемого колеса.
Цилиндрические колеса с косыми зубьями внутреннего зацепления нарезают долбяками с одноименным направлением зубьев.
Преимуществом метода зубодолбления, помимо возможности нарезания колес внутреннего зацепления и блочных колес, является более высокая точность и меньшая шероховатость боковых поверхностей зубьев по сравнению с поверхностями, получаемыми при зубофрезеровании.
Нарезание конических колес с прямыми зубьями на
зубострогальных станках
Конические зубчатые колеса на зубострогальных станках нарезают методом обкатки. В основу этого метода положено зацепление двух конических колес, одно из которых плоское (рис. 82, а).
Рис.82. Схема нарезания конического колеса с прямым зубом на зубострогальном станке: 1 – производящее колесо; 2 – нарезаемое колесо; 3 – люлька; 4 – зубострогальный резец
Нарезаемое коническое колесо (заготовка) находится в зацеплении с производящим плоским коническим колесом, у которого угол при вершине конуса φ п = 90°, а зубья ограничены плоскостями сходящимися в общей вершине, и имеют форму зуба рейки, т. е. плоское коническое колесо представляет собой кольцевую ройку. Роль производящего колеса выполняют два зубострогаль-ных резца, образуя впадину между зубьями.
На рис. 83 показан общий вид зубострогального станка. На станине 1 слева расположена стойка 3 с люлькой 4. По направ-ляющим люльки перемещаются два резцовых суппорта 5, несущих зубострогальные резцы. Резцы попеременно совершают возвратно-поступательное движение в направлении к вершине конусов ко-мических колес - плоского и заготовки. Число двойных ходов резцов в минуту устанавливают настройкой гитары скоростей 2. Люлька смонтирована на планшайбе и при обкатке вращается вокруг горизонтальной оси, имитируя вращение плоского конического ко-леса.
В шпинделе делитель-ной бабки 6 на оправке закрепляют заготовку. Са-лазки 8 делительной баб-ки, перемещаясь по про-дольным направляющим станины, подводят заготов-ку к резцам и отводят ее от них. Величина подвода и отвода заготовки регу-лируется с помощью ба-рабана механизма 9. На-стройкой гитары деления 7 заготовке при отводе ее от резцов сообщают поворот на один угловой шаг, т. е. на 1/z оборота. Делительная бабка 6 может поворачиваться вокруг верти-кальной оси для установки оси шпинделя (заготовки) под углом φ (угол при вершине конуса нарезаемого колеса) к оси люльки.
Рис. 83. Общий вид зубострогального станка
В процессе зубострогания конических колес с прямыми зубьями (см. рис 82, б) главным движением является возвратно-посту-пательное движение резцов. Движение резцов в направлении к вершине конуса заготовки является рабочим - v p , а обратный ход резцов является холостым - v х. Оба движения - рабочее и холостое - составляют двойной ход резца.
Вращение заготовки (круговая подача заготовки s кp. заг) и люльки с резцами (круговая подача люльки s кp. л) является дви-жением обкатки и должно соответствовать передаточному отно-шению:
,
где z п - фиктивное число зубьев производящего колеса; z - число зубьев нарезаемого колеса.
В результате главного и обкаточного движений на заготовке образуются две неполные впадины и один полностью обработанный зуб. После нарезания одного зуба заготовка отводится от резцов, направление вращения люльки с резцами и заготовки изменяется, затем они возвращаются в исходное положение (холостой ход). Во время отвода заготовки от резцов шпиндель бабки вместе с заготовкой поворачивается на угловой шаг (1/z оборота), обеспечивая деление. Затем заготовке сообщают подачу на глубину впадины, и начинается нарезание второго зуба.
Нарезание конических колес с круговыми зубьями на зуборезных станках
Конические колеса с круговыми зубьями (с криволинейным профилем, описанным по окружности) имеют значительные экс-плуатационные преимущества (плавность и бесшумность работы, большую прочность зубьев, высокий к. п. д. и др.) по сравнению с коническими колесами с прямыми зубьями.
Рис. 84. Схема нарезания конического колеса с круговыми зубьями.
Конические колеса с круговыми зубьями нарезают по методу обкатки резцовыми головками, у которых резцы расположены по окружности, на зуборезных станках специальной конструкции. Общая компоновка и конструкция зуборезного станка принци-пиально аналогичны зубострогальному станку для нарезания конических колес с прямыми зубьями.
На рис. 84 приведена схема нарезания конического колес круговыми зубьями. Нарезаемое коническое колесо 1 (заготовки) в процессе обработки находится в зацеплении с плоским коническим колесом 3 с круговыми зубьями (круговой рейкой), которое является производящим колесом. Роль зубьев производящего колеса выполняют резцы резцовой головки 2, закрепленной на шпинделе люльки. Главным движением является вращение резцовой головки вокруг своей оси. Вращение заготовки 1 вокруг своей оси (круговая подача заготовки s кp заг) и вращение резцовой головки 2 вокруг оси люльки 4 (круговая подача люльки s кр.л) являются движением обкатки. При повороте заготовки на один зуб резцовая головка также поворачивается на угол, соответствую-щий одному зубу. Вращательное движение люльки продолжается и тех пор, пока не будет закончена обкатка профиля одной впадины, после чего заготовка отводится от резцовой головки, и люлька начинает вращение в обратную сторону. Заготовка про-должает вращаться в том же направлении. Когда люлька придет в исходное положение, заготовка займет угловое положение, соответствующее новой впадине. Затем заготовку подводят к резцовой головке, сообщая ей движение подачи s t на глубину впадины, и цикл обработки повторяется.
Отделочная обработка зубьев зубчатых колес
В процессе нарезания зубчатых колес на поверхностях зубьев возникают погрешности профиля, появляется неточность шага зубьев и др. Для уменьшения или ликвидации погрешностей зубья дополнительно обрабатывают. Отделочную обработку для зубьев незакаленных колес называют шевингованием. Предварительно нарезанное прямозубое или косозубое колесо 2 плотно зацепляется с инструментом 1 (рис. 85, а). Скрещивание их осей обязательно. При таком характере зацепления в точке А можно разложить скорость v ш на составляющие. Составляющая v направлена вдоль зубьев и является скоростью резания, возника-ющей в результате скольжения профилей. Обработка состоит в сре-зании (соскабливании) с поверхности зубьев очень тонких волосо-образных стружек, благодаря чему погрешности исправляются, зубчатые колеса становятся более точными, значительно сокращается шум при их работе. Отделку проводят специальным металлическим инструментом - шевером (рис. 85, б). Угол скрещивания осей чаще всего составляет 10-15°. При шевинговании инструмент и заготовка воспроизводят зацепление винтовой пары. Кроме этого, зубчатое колесо перемещается возвратно-поступательно (s пp) и после каждого двойного хода подается в радиальном направлении (s t). Направления вращения шевера (v ш) и, следовательно, заготовки (v заг) периодически изменяются. Шевер режет боковыми сторонами зубьев, которые имеют специальные канавки (рис. 85, в) и, сле-довательно, представляют собой режущее зубчатое колесо.
Рис. 85. Схема отделочной обработки зубьев зубчатых колес.
На закаленных зубчатых колесах погрешности боковых поверх-ностей зубьев удаляют хонингованием (если припуск на обработку не превышает 0,01-0,03 мм на толщину зуба). Процесс хонингования заключается в совместной обкатке заготовки и абразивного инструмента, имеющего форму зубчатого колеса. Оси заго-товки и инструмента скрещиваются под углом 15-18°. При вращении зубчатой пары (рис. 85, г) возникает составляющая скорости скольжения. Абразивные зерна хона обрабатывают боковые стороны зубьев заготовки (рис. 85, д). Скорости v x и v заг вращения пары, находящейся в зацеплении при хонингованин, во много раз больше, чем скорости вращения при шевинговании.
Хонингуемые прямозубые или косозубые цилиндрические колеса вращаются в плотном зацеплении с хоном. Зубчатое колесо кроме вращения совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси (s пp). Направление вращения пары изменяется при каждом двойном ходе.
При изготовлении хонов в качестве абразива используют карбид кремния или электрокорунд. Число зубьев как хона, так и шевера не должно быть кратным числу зубьев обрабатываемого колеса. Вершина зуба колеса постоянно контактирует с впа-диной зуба хона. Благодаря этому уменьшается скорость изнашивания хона, а вследствие постоянного внедрения головки зуба колеса во впадину хона происходит автоматическое восстановление его зубьев. Необходима лишь периодическая правка хона по его наружной поверхности, чтобы поддерживать требуемый зазор Δ (рис. 85, д).
Значительные погрешности зубчатых колес, возникшие после термической обработки, исправляют методом зубошлифования. Этот метод отделки обеспечивает получение высокой точ-ности с малой шероховатостью поверхности зубьев и может быть использован при обработке цилиндрических и конических зубчатых колес.
Шлифование зубьев цилиндрических колес возможно копирова-нием и обкаткой. Метод копирования по своей сущности соответствует зубонарезанию дисковой модульной фрезой. Эвольвентный профиль зуба воспроизводится абразивными кругами, имеющими профиль впадин обрабатываемого колеса.
Шлифование зубьев методом обкатки основано на принципе зацепления обрабатываемого колеса с зубчатой рейкой. При этом элементы воображаемой зубчатой рейки образованы абразивными инструментами. Так, рейку могут представить два абразивных круга, шлифующие торцы которых расположены вдоль сторон зубьев рейки. Элемент рейки может быть образован и одним абразивным кругом, заправленным по форме ее зуба. Для выполнения процесса шлифования методом обкатки осуществляют не только все движения указанной пары, находящейся в зацеплении, но и движения, необ-ходимые для процесса резания. После обработки двух боковых поверхностей зубьев колесо поворачивается на величину углового шага (1/z). Движения резания и деления обеспечивает специальное устройство зубошлифовальных станков.
Результаты, получаемые при обработке зубчатых колес зубошлифованием, могут быть улучшены зубопритиркой. С ее помощью можно получать поверхности высокого качества, увеличивать плавность хода и долговечность работы зубчатой пары. Такой метод отделки применяют для закаленных зубчатых колес.
Притиры выполняют в виде зубчатых колес. В зацеплении в результате давле-ния между зубьями притира и обрабатываемого колеса мелкозернистый абразив в смеси с маслом внедряется в более мягкую поверхность притира. Благодаря сколь-жению, возникающему между зубьями при вращении пары, зерна абразива снимают мельчайшие стружки с обрабатываемого колеса. При зубопритирке происходит искусственный износ материала колеса в соответствии с профилем зуба притира
В ходе обработки притир и колесо, находящиеся в зацеплении, совершают возвратно-поступательное движение. Кроме того, притир совершает возвратно-поступательное перемещение вдоль своей оси, что обеспечивает равномерность обработки по всей ширине зуба. Наибольшее распространение получили схемы обработки тремя притирами. Такой метод увеличивает производительность обработки.
Зубопритирка может обеспечить более высокое качество обра-ботки, чем зубошлифование, лишь в случае точного изготовления зубчатого колеса. Максимальный припуск, удаляемый притиркой, не должен превышать 0,05 мм.
ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ... (в частности, транспортного машиностроения ), а также отдельных... о судебных процессах ; состязательность, т.е. участие в процессе прокурора и... промышленности, введение твердой валюты... уровень технологической зависимости СССР...
Лекции по дисциплине «Основы безопасности труда»
ДокументЛекции по дисциплине «Основы безопасности труда» Введение Целями преподавания дисциплины является формирование у студентов понимания организации и...
Выбор метода обработки зубчатых колес находится в непосредственной зависимости от установленной нормы точности различных их элементов, а также от основных требований к передачам в процессе их эксплуатации. С этой точки зрения зубчатые передачи можно разбить на следующие группы:
- силовые передачи больших мощностей и высоких скоростей; основное требование - обеспечение высоких КПД;
- силовые промышленные и транспортные передачи при средних скоростях; требования - надежность и плавный ход;
- силовые передачи в станкостроении; требования - постоянство передаточного отношения и плавность хода;
- передачи в автомобилестроении; требования - плавность и легкость хода, отсутствие шума;
- кинематические передачи в точных приборах; требования - обеспечение постоянства передаточных отношений, отсутствие мертвого хода.
Установленные ГОСТом степени точности учитывают эти условия, допуская высокие технические показатели в одном направлении и низкие в другом.
Зубчатые колеса обрабатывают на разнообразных зубообрабатывающих станках. Зубья на колесах нарезают двумя способами : копированием (рис. 206, α, б) и обкаткой (огибанием; рис. 206, в). При копировании режущему инструменту придают форму впадины между зубьями, а затем производят обработку. При этом профиль инструмента копируется на обрабатываемой поверхности.
Зубонарезание способом копирования можно выполнять: последовательным нарезанием каждого зуба колеса модульной дисковой или пальцевой фрезой на универсальном фрезерном станке; одновременным долблением всех зубьев колеса; одновременным протягиванием всех зубьев колеса; круговым протягиванием. Способ копирования применяется главным образом при изготовлении зубчатых колес невысокой точности.
Современным, точным и производительным способом изготовления зубчатых колес является нарезание зубьев по способу обкатки червячной фрезой, круглым долбя ком, реечным долбяком (гребенкой), зубострогальными резцами, резцовой головкой, накатыванием зубчатыми валками.
Способ обкатки заключается в том, что зубья на зубчатом колесе образуются при совместном согласованном вращении (обкатке) режущего инструмента и заготовки. Так, при зубофрезеровании прямолинейные боковые режущие кромки зубьев червячной фрезы, имеющие в осевом сечении трапецеидальную форму, поочередно касаются нарезаемого зуба (рис. 207). Рассматривая последовательные положения зубьев фрезы (1, 2, 3 и т.д.), видим, что профиль впадины получается постепенно и состоит из множества прямолинейных участков, образованных зубьями фрезы. Эти прямолинейные участки накладываются один на другой и практически образуют не ломаный, а криволинейный (эвольвентный) профиль зуба.
Зубчатые колеса 3…8-й степеней точности нарезают методом обкатки. Сырые колеса 3…5-й степеней точности далее подвергают тщательной обработке шевингованием, шлифованием и последующей отделке на притирочных станках, после чего их закаливают токами высокой частоты (ТВЧ), исключающими деформацию поверхности. Зубчатые колеса, изготовленные по 6…8-й степеням точности, обычно подвергают закалке в закалочных печах, дающих значительное искажение формы . Затем для сохранения формы у колес с б-й и 7-й степенями точности шлифуют боковые профили зубьев с базированием по отверстию, а у колес с 8-й степенью точности шлифуют отверстие с базированием по впадине зуба. Зубчатые колеса, изготовляемые по 8…10-й степеням точности, нарезают в мелкосерийном производстве на фрезерных станках в делительной головке, причем для колес, изготовляемых с 8-й степенью точности, фрезы тщательно-профилируют по форме зубьев колеса.
Зубчатые колеса с 10-й и 11-й степенями точности могут быть получены точной отливкой с последующей обработкой зубьев по шаблону.
Фрезерование зубьев цилиндрических колес и реек дисковыми и пальцевыми модульными фрезами . Фрезерование зубьев колес представляет собой разновидность фасонного фрезерования. В процессе работы фреза переносит (копирует) свой профиль во впадину зубьев, создавая, таким образом, две половины профилей двух соседних зубьев. После нарезания одной впадины заготовка поворачивается на размер шага с помощью делительного механизма, фреза снова врезается и проходит по новой впадине между зубьями.
Такой способ применяют в единичном и мелкосерийном производстве, а также при ремонтных работах. Процесс ведут на горизонтально-фрезерных станках с делительными головками. Недостатками этого способа являются:
- Низкая точность обработки зуба, так как дисковые модульные фрезы изготовляют с приближенными профилями зубьев, причем каждый типоразмер фрезы рассчитан на несколько смежных чисел зубьев нарезаемых колес в определенном интервале.
Обычно для каждого модуля изготовляют наборы дисковых фрез, охватывающие все числа зубьев и диаметры нарезаемых колес. По стандарту имеется три набора из 8, 15 и 26 дисковых фрез, которыми с небольшой погрешностью, укладывающейся в пределы допуска, можно нарезать зубчатые колеса с разным числом зубьев. Для более точных работ применяют набор из 15 дисковых фрез, а для самых точных - из 26 дисковых фрез. Таким образом, при этом способе нарезания получается лишь приближенный профиль зубьев на нарезаемом колесе.
- Низкая производительность и высокая себестоимость обработки (большое машинное и вспомогательное время). Низкая производительность определяется прерывностью процесса обработки, вызывающей потери времени на врезание фрезы при изготовлении каждого очередного зуба, на индексирование (поворот) заготовки, на подвод заготовки к фрезе, а также относительно малым числом зубьев фрезы, работающих одновременно.
Для нарезания зубчатых колес крупных модулей (больше 20 мм) способом копирования, особенно шевронных колес*, применяют модульные пальцевые фрезы, так как дисковые фрезы подрезают зуб встречного наклона. На зубчатых рейках зубья нарезают с помощью дисковых модульных фрез, на длинных рейках - на станках специального назначения, имеющих механизм деления для продольного движения рейки. Фрезеруют одной или двумя (и даже тремя) установленными рядом фрезами . При нескольких одновременно работающих фрезах одна (или соответственно две) из набора дисковых фрез служит для предварительной прорезки, а другая - для окончательного профилирования зубьев.
* Указанный способ обработки шевронных колес применяют главным, образом в единичном производстве; более производительным методом является образование зуба тремя резцами на специальном зубострогальном станке, долбяком по методу обкатки двух цилиндрических колес и методом обкатки зубчатой пары рейка - зубчатое колесо.
В современном машиностроении применяют зубодолбежные станки , производительность которых значительно выше, чем при нарезании зубьев на фрезерных станках. Высокая производительность достигается тем, что в работе одновременно участвует столько резцов (долбяков), сколько нужно нарезать зубьев на заготовке, причем резцы имеют форму впадин зубчатого колеса. Многорезцовую обработку ведут по схеме, приведенной на рис. 208. Резцы 1 расположены радикально по отношению к заготовке 2. Процесс резания совершается при возвратно-поступательном вертикальном движении заготовки 2. Радиальная одновременная подача резцов 1 происходит в нижнем положении заготовки 2, когда заготовка выходит из зацепления с резцами.
Фрезерование зубьев цилиндрических колес червячными фрезами наиболее широко применяется в промышленности. Червячная фреза представляет собой червяк, имеющий профиль осевого сечения винтовых ниток в виде зубчатой рейки, и продольные канавки, образующие режущие зубья рейки (см. рис. 206, в).
Зубчатая рейка обеспечивает зацепление с эвольвентными колесами любого числа зубьев, и червячная фреза может нарезать колеса с любым числом зубьев (того же модуля и угла зацепления) одинаково точно. В этом заключается одно из больших преимуществ нарезания зубьев колес червячной фрезой.
В процессе нарезания червячная фреза и нарезаемое колесо находятся в состоянии относительного движения зацепления, соответствующего червячной передаче с передаточным числом:
i = n ф /n 3 = z 3 /z ф,
где n ф и n 3 - частоты оборотов фрезы и зубчатого колеса; z ф и z 3 - число заходов червячной фрезы и число зубьев нарезаемого зубчатого колеса.
При резании червячная фреза вращается и движется поступательно в соответствии с вращением нарезаемого зубчатого колеса (рис. 209). Ось червячной фрезы 1 устанавливается под углом к плоскости торца нарезаемого колеса 2, равным углу подъема нитки фрезы на ее делительном цилиндре. Червячная фреза кроме вращения имеет еще и поступательное движение подачи вдоль образующей боковой цилиндрической поверхности нарезаемого колеса. Процесс резания при этом происходит непрерывно и в нем участвует одновременно несколько режущих зубьев, благодаря чему этот способ нарезания зубьев является одним из наиболее производительных.
Червячную фрезу устанавливают или на полную высоту зуба (т. е. глубину резания) при нарезании зубьев за один рабочий ход, или при нарезании зубьев с модулем более 8 мм за два рабочих хода - на 0,6 высоты зуба при первом и на 0,4 при втором рабочем ходе. Для чистового рабочего хода оставляется припуск от 0,5 до 1 мм на толщину зуба по начальной окружности (для размеров модуля 8…15 мм). Обычными червячными фрезами нарезают зубья как с нормальным, так и с корригированным профилем. В последнем случае фрезу соответственно условиям корригирования смещают при установке, приближая ее к заготовке или удаляя от нее.
Зубофрезерование можно производить при продольной (рис. 210, α), осевой (рис. 210, б) и диагональной (рис. 210, е) подачах. При продольной подаче червячная фреза перемещается вдоль оси обрабатываемой детали, при осевой - вдоль собственной оси. Диагональная подача - это сочетание вертикальной подачи вдоль обрабатываемой детали и осевой подачи фрезы вдоль своей оси. При диагональной подаче выше стойкость инструмента и качество поверхности рабочего профиля зубьев колес.
На зубофрезерных станках можно производить нарезание зубьев попутным (рис. 211, α) или встречным (рис. 211, б) фрезерованием; при этом попутное фрезерование эффективнее, так как оно обеспечивает более благоприятные условия стружкообразования, меньшие колебания сил резания, меньшие вибрации при резании, что повышает стойкость инструмента и качество обработанной поверхности.
Значительная часть времени зубофрезерования расходуется на врезание, особенно при применении червячных фрез большого диаметра, так как с увеличением диаметра фрезы возрастает длина врезания. Для прямозубых колес средних модулей время врезания составляет 30…40% машинного времени. При осевом врезании подачу обычно несколько понижают по сравнению с последующей подачей при резании. Трудоемкость врезания можно уменьшить примерно на 30% заменой осевого врезания (рис. 212, б) радиальным (рис. 212, α), сохраняя последующую продольную подачу; в этих условиях станок и инструмент в течение всего процесса обработки загружаются более равномерно
Червячными фрезами нарезают как прямые, так и косые зубья цилиндрических колес. В последнем случае ось фрезы устанавливают под углом к торцу нарезаемого колеса, равным сумме углов подъема винтовой нитки фрезы и винтовой нитки (угла наклона зуба) нарезаемого колеса (при разных направлениях винтовых линий фрезы и колеса) и разности этих углов, если направления винтовых линий фрезы и нарезаемого колеса одинаковы.
Наиболее распространенным зубообрабатывающим станком является зубофрезерный станок для нарезания зубчатых колес с прямыми и косыми зубьями, а также червячных колес и червяков методом обкатки. Станок выполняет три движения: вращения червячной фрезы, вертикальную подачу фрезы, вращение заготовки.
На рис. 213 дан общий вид зубофрезерного станка. На станине 1 коробчатой формы установлены кронштейн 2, стол 11 и опорная стойка 8. Главный привод 3, смонтированный на кронштейне 2, приводит в движение все механизмы станка.
Для ускоренного перемещения суппорта 5 на торце кронштейна 2 расположен дополнительный привод 4. Червячная фреза 6 установлена в суппорте, перемещаемом по направляющим кронштейна. Круглый стол станка с оправкой 10, на которой закрепляют заготовку колеса 9, может перемещаться по горизонтальным направляющим станины в поперечном направлении с помощью специального механизма. Верхний конец оправки поддерживается опорой 7.
Нарезание зубьев цилиндрических колес долбяком . Способ нарезания цилиндрического зубчатого колеса методом обкатки с помощью круглого долбя ха заключается в том, что в процессе обработки колеса воспроизводится зубчатое зацепление двух цилиндрических колес, одно из которых является режущим инструментом, а другое - заготовкой. Для обработки колеса необходимо (рис. 214), чтобы одно из колес 1 или 2 зубчатой пары (на практике - долбяк 1) совершало при обкатке возвратно-поступательное движение, в результате чего на заготовке образуются зубья.
Долбяк представляет собой зубчатое колесо, на торце которого заточкой образованы режущие кромки. Долбяк с прямыми зубьями, изображенный на рис. 215, а, предназначен для нарезания колес с прямыми зубьями, а дисковый косозубый долбяк (рис. 215, б) -для нарезания зубчатых колес с косыми зубьями.
На рис. 216 показан общий вид зубодолбежного станка. На станине 1 установлен стол 8 с оправкой 7 для закрепления заготовки 6. В верхней части станины расположена траверса 5, предназначенная для перемещения в горизонтальном направлении (при изменении диаметра нарезаемого колеса) долбежной головки 4 с оправкой 2. Движение всех механизмов станка осуществляется от главного привода 3, расположенного в верхней части траверсы. На конце оправки закреплен дол-бяк 9, который совершает возвратно-поступательное движение с одновременным вращением вокруг своей вертикальной оси согласованно с вращением заготовки. В период врезания долбяка в заготовку горизонтально перемещается долбежная головка.
При нарезании зубьев с помощью реечного долбяка (гребенки) воспроизводится зубчатое зацепление цилиндрического колеса с рейкой. При этом зубья можно нарезать двумя способами: обкаткой зубчатого колеса по гребенке (колесо совершает вращательное и поступательное движения при неподвижной гребенке) или гребенки по зубчатому колесу (колесо совершает вращательное движение, а гребенка - поступательное). Более распространен первый способ.
Зубонарезание прямозубых конических колес. Для обработки конических зубчатых колес применяют зубострогальные станки, работающие по методу обкатки одновременно двумя резцами.
На рис. 217 приведен общий вид зубострогального станка. В нижней части станины 9 расположен электродвигатель 11, приводящий в движение рабочие органы станка. На плоской части станины размещены основные узлы станка: люлька 5 для крепления заготовки 4 и суппорт 1, на котором размещены резцовые салазки 2, совершающие возвратно-поступательные движения в радиальном направлении к центру заготовки, а суппорт 1 приводит в движение резцы и совершает движение обкатывания, вращаясь вокруг своего центра. Люльку 5 с заготовкой устанавливают под заданным углом на направляющих 8. Заготовка с помощью зубчатой передачи 6 совершает в период обкатки вращательное движение, а при отводе резцов 3 механизм 7 выполняет операцию деления. Салазки 10 подводят заготовку к резцам и отводят от них.
На рис. 218 приведена схема перемещения резцов в процессе зубострогания. Заготовка 1 обкатывается по плоскому зубчатому колесу 2 (суппорт), на котором размещены резцовые салазки с резцами 3, в свою очередь вращающимися вместе с колесом. В правой части рисунка показаны направления движения резцовой головки относительно вращающейся заготовки.
При обработке небольших прямозубых конических колес применяют круговое протягивание на специальных станках, где режущим инструментом является круговая протяжка. Круговая протяжка состоит из нескольких секций фасонных резцов (обычно 15 секций по пяти резцов в каждой), расположенных в порядке изменения профиля по периферии протяжки. На рис. 219 показаны черновые резцы 1, чистовые резцы 2 и зона 3 поворота заготовки на один зуб. Профиль и расположение вершин резцов изменяются по определенному закону.
Круговая протяжка, вращаясь с постоянной угловой скоростью, одновременно перемещается поступательно с различной скоростью на отдельных участках своего пути. Угловая скорость и характер поступательного движения круговой протяжки зависят от профиля копира станка, подбираемого применительно к обрабатываемому зубчатому колесу 4. Таким образом, траектория рабочего движения каждого фасонного резца является совокупностью скоростей вращательного и поступательного движений протяжки.
При черновом протягивании круговая протяжка движется от вершины начального конуса зубчатого колеса к его основанию, а при чистовом - от основания к вершине.
За один, оборот протяжки полностью обрабатывается одна, впадина зуба конического зубчатого колеса. Во время протягивания заготовка неподвижна; для обработки следующей впадины заготовку поворачивают на один зуб вокруг своей оси при подходе свободного от резцов сектора круговой протяжки.
Нарезание конических зубчатых колес с криволинейными зубьями . Конические колеса с криволинейными зубьями обладают более высоким КПД, обеспечивают плавность и бесшумность работы передачи. Наиболее распространенным способом получения криволинейных профилей зубьев конических колес является нарезание зубьев резцовыми головками. Станки для нарезания зубчатых колес этим способом весьма производительны и обеспечивают высокое качество изготовления колес.
На рис. 220 приведена схема формообразования конических колес с криволинейными зубьями (с профилем по дуге окружности). Резцовая головка 1, представляющая собой режущую часть производящего колеса 2, обкатываясь по поверхности конической заготовки 3, образует на последней криволинейные зубья, осевая линия которых представляет собой дугу окружности.
Резцовая головка (рис. 221) представляет собой диск со вставленными по его периферии резцами, обрабатывающими профиль впадины с двух сторон (половина резцов обрабатывает одну сторону, половина - другую). В корпусе 6 головки прорезаны пазы, в которые вставлены наружные 2 и внутренние 1 резцы, прикрепленные к корпусу винтами 5 и регулируемые винтами 3 с помощью клиньев 7 и прокладок 4.
В табл. 18 и 19 приведены технологические варианты нарезания зубьев цилиндрических и конических колес, применяемых на заводах крупносерийного и массового производства.
Шлифование зубьев увеличивает точность незакаливаемых и в особенности закаливаемых зубчатых колес, которые деформируются при термической обработки.уводитсяк инструменту в положение Б, снова включается i и отделывается вторая сторона зубьев.
Шлифование зубьев с эвольвентным профилем производится: методом копирования при помощи фасонного круга с эвольвентным профилем; 2) методом обкатки.
Станки, работающие по методу копирования, производят шлифование кругом, профиль которого соответствует впадине к, аналогично дисковой модульной фрезе. Круг заправляется особым копировальным механизмом при помощи трех алмазов (рис. 12, а).
Круг шлифует две стороны двух соседних зубьев. Для зубчатых колес с различными модулями и количеством зубьев надо иметь отдельные шаблоны для заправки круга алмазами. Такие станки применяются в массовом и крупносерийном, а иногда и в среднесерийном производствах.
Рис. 13. Зубошлифование
а - заправка тремя алмазами профиля шлифовального круга, работающего методом копирования; б - обработка двумя тарельчатыми шлифовальными кругами методом обкатывания.
При шлифовании зубьев по методу копирования в случае зубчаты колес с большим числом зубьев имеет место значительный износ шлифовального круга; если зубья шлифуются последовательно, то межи первым и последним зубьями будет получаться наибольшая ошибка; дли предотвращения этого рекомендуется повертывать зубчатое колесо не на один зуб, а на несколько; тогда влияние изнашивания шлифовального круга не будет давать большой ошибки между соседними зубьями Достигаемая этим методом точность 0,010-0,015 мм.
Станки, работающие по методу копирования, получили довольно широкое распространение благодаря значительно большой производительности по сравнению со станками, работающими по методу обкатки; однако эти станки дают меньшую точность. Основное время при зубошлифовании методом копирования определяется по формуле:
Длина хода стола, мм; число ходов; а - коэффициент, учитывающий время деления, т. е. поворота зубчатого колеса назуб (а = 1,3 - 1,5); г - число зубьев зубчатого колеса; - скорость возвратно-поступательного движения стола в м"мин. Длина хода стола L определяется по формуле:
где - длина шлифуемого зуба, мм; зуба зубчатого колеса в мм, h - высота зуба зубчатого колеса в мм; D K - диаметр круга в мм.
Второй метод шлифования зубьев - метод обкатки - менее производителен, но дает большую точность (до 0,0025 мм); шлифование производится одним или двумя кругами.
Распространенный способ шлифования зубьев методом обкатки осуществляется на зубошлифовальных станках с двумя тарельчатыми кругами, расположенными один по отношению к другому под углом 30 и 40° или образующими как бы профиль расчетного зуба, по котором и происходит обкатка зубчатого колеса (рис. 12, б). В процессе работы шлифуемое зубчатое колесо перемещается в направлении, перпендикулярном своей оси, одновременно поворачиваясь вокруг этой оси.
Помимо этого, шлифуемое зубчатое колесо имеет возвратно-поступательное движение вдоль своей оси, что обеспечивает шлифование профиля зуба по всей его длине.
Притирка (ляппинг-процесс) широко применяется для чистовой, окончательной отделки зубьев после их термической обработки вместо шлифования, которое является операцией сравнительно малопроизводительной. Притирка получила большое распространение в тех отраслях машиностроения, где требуется изготовление точных зубчатых колес (автомобилестроение и др.)- Процесс притирки заключается в том, что обрабатываемое зубчатое колесо вращается в зацеплении с чугунными шестернями-притирами, приводимьши во вращение и смазываемыми пастой, состоящей из смеси мелкого абразивного порошка с маслом. Помимо этого обрабатываемое зубчатое колесо и притиры имеют в осевом направлении возвратно-поступательное движение друг относительно друга: такое движение ускоряет процесс обработки и повышает ее точность. Большей частью движение в осевом направлении придается притираемому зубчатому колесу. Притирочные станки изготовляются с параллельными (рис. 13, а) и со скрещивающимися (рис. 13, б) осями притиров. Наибольшее распространение получили притирочные станки, работающие со скрещивающимися осями притиров, устанавливаемых под разными углами; один притир часто устанавливается параллельно оси обрабатываемого зубчатого колеса. При таком расположении притиров зубчатое колесо работает, как в винтовой передаче, и путем дополнительного осевого перемещения притираемого зубчатого колеса притирка происходит равномерно по всей боковой поверхности зуба. Притираемое зубчатое колесо получает вращение попеременно в обе стороны для равномерной притирки обеих сторон зуба, а необходимое давление на боковой поверхности зубьев во время притирки создается гидравлическими тормозами, действующими на шпиндели притиров.
Иногда применяют притирку зубьев зубчатых колес чугунным червячным притиром диаметром 300-400 мм, используя для этого зубофрезерные станки.
Рис. 13. Схемы притирки зубьев цилиндрических зубчатых колес:
а - с параллельными осями притирок; б - со скрещивающимися осями
притирок
Притирка дает поверхности высокого качества, она сглаживает микронеровности и придает зеркальный блеск поверхности, значительно уменьшая шум и увеличивая плавность работы зубчатых колес.
Она дает лучшую по качеству поверхность зубьев, чем шлифование, но при условии правильного изготовления зубчатого колеса, так как притиркой можно исправить лишь незначительные погрешности; при наличии же значительных погрешностей зубчатые колеса необходимо сначала шлифовать, а затем притирать.
Приработка зубьев отличается от притирки тем, что притирается не зубчатое колесо с притиром, а два парных зубчатых колеса, изготовленных для совместной работы в собранной машине. Приработка производится при помощи абразивного материала, который ускоряет взаимную приработку зубьев зубчатых колес и придает им гладкую поверхность.
Из вышеизложенного можно сделать вывод, что наиболее производигельным и рациональным способом получения точных зубьев является шевингование, применяемое после нарезания зуба, но до термической обработки. После него для исправления небольших искажений в профиле и шаге и получения чистовой поверхности зубьев целесообразно применить притирку и только в случае значительной деформации прибегать к шлифованию зубьев.
Нарезание зубчатых колес методом обкатки в настоящее время является самым распространенным методом. Этим методом нарезают цилиндрические шестерни с прямыми, спиральными и шевронными зубьями. Для нарезания колес с наружными прямыми и спиральными зубьями применяют червячные фрезы, круглые и реечные долбяки, для нарезания колес с внутренними зубьями — круглые долбяки, а колес с шевронными зубьями — круглые и реечные долбяки. При этом инструменту и заготовке, кроме перемещений, необходимых для процесса резания, сообщают взаимные перемещения, которые соответствуют движению находящихся в зацеплении пары зубчатых колес или зубчатого колеса и рейки.
Нарезание зубьев колес червячной фрезой производится на зубофрезерных станках, схема работы которых показана на рисунке 1 (а). Инструмент и заготовка совершают три рабочих движения: вращение фрезы с числом оборотов, соответствующим выбранной скорости резания; вращение зубчатого колеса (за один оборот фрезы обрабатываемое зубчатое колесо проворачивается на число зубьев, равное числу заходов фрезы) и продольная подача - перемещение фрезы параллельно оси детали. Процесс обработки зубьев происходит непрерывно, одновременно с процессом деления, и за один оборот зубчатого колеса производится обработка всех зубьев на длине, равной продольной подаче. При этом методе обеспечиваются шестая-восьмая степени точности.
Для повышения производительности черновой обработки применяют многозаходные червячные фрезы (двух-, трех- и четырехзаходные).
Нарезание червячной фрезой зубчатых колес с модулем до 2 мм производится в один проход, при более крупных модулях — в два-три прохода, причем чистовую обработку целесообразно производить на другом станке отдельной фрезой. Для обеспечения точной установки деталей при обработке необходимо, чтобы их торцы были обработаны перпендикулярно оси отверстия (отклонение не более 0,02—0,03 мм на 100 мм диаметра). При обработке колес ось фрезы наклонена к торцовой плоскости обрабатываемой детали на угол, равный алгебраической сумме угла спирали фрезы и угла спирали обрабатываемой детали.
Нарезание зубьев круглыми долбяками производится на зубодолбежных станках. Схема обработки показана на рисунке 1 (б). Долбяк представляет собой колесо, зубья которого заточены так, что они имеют передний и задний углы (как у резца).
При нарезании зубьев обрабатываемая деталь и долбяк совершают вращательное движение, согласованное, как у находящейся в зацеплении пары зубчатых колес. Долбяк совершает возвратно-поступательное движение параллельно оси детали со скоростью, обеспечивающей (при рабочем ходе) заданную скорость резания, и при врезании приближается к обрабатываемой детали (радиальная подача). Кроме того, обрабатываемая деталь для предотвращения трения инструмента об обработанную поверхность при холостом ходе отводится от инструмента и перед рабочим ходом устанавливается в рабочее положение. При обработке зубчатых колес на зубодолбежных станках обеспечивается пятая-седьмая степени точности и лучшая, чем при обработки на зубофрезерных станках, чистота поверхности.
Зубья многовенцовых колес с близко расположенными венцами и колес с внутренним зацеплением нарезают только методом зубодолбления.
Обработка зубчатых колес реечным долбяком (гребенкой) производится на специальных зубодолбежных станках. Инструмент, имеющий форму зубчатой рейки, совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси заготовки, а обрабатываемое зубчатое колесо медленно вращается и поступательно перемещается вдоль рейки. После поворота колеса на один-три зуба и соответственного перемещения вдоль гребенки на один-три шага колесо отводится от гребенки и возвращается в исходное положение. Затем начинается обработка следующего зуба или нескольких зубьев.
Нарезание гребенками менее производительно, чем нарезание шестерен круглыми долбяками и червячными фрезами. Точность и чистота обработки такие же, как и при обработке круглыми долбяками.
Колеса со спиральными зубьями можно обработать специальными круглыми долбяками со спиральными зубьями с углом спирали, обратным по направлению углу спирали зуба шестерни, равным ему по величине.
Для нарезания спиральных зубьев круглым долбяком зубодолбежный станок оснащен копирным устройством, которое сообщает шпинделю с долбяком одновременно продольным перемещением вращательное движение, причем зубья долбяка двигаются по винтовой линии.
Для нарезания колес со спиральными зубьями применяют обычные реечные долбяки с прямыми зубьями, которые перемещаются не параллельно оси заготовки, а под углом, равным углу подъема спирали зубьев колес.
Колеса с шевронными зубьями обрабатывают методом обкатки на специальных зубострогальных станках с двумя круглыми долбяками со спиральными зубьями или двумя реечными долбяками с косыми зубьями (рисунок 2).
 |
Станок, оснащенный круглыми долбяками, представляет собой как бы два зубодолбежных станка, соединенных основаниями, причем один настроен на обработку зубьев с правой спиралью, а другой - на обработку зубьев с левой спиралью. Инструмент и изделие совершают такие же движения, как на обычном зубодолбежном станке. Точно так же станок, оснащенный реечными долбяками, представляет собой как бы два станка с ползунами, движущимися в направляющих, расположенных под углом, соответствующем углу спирали зубьев шестерни. Реечные долбяки с косыми зубьями (правый и левый) имеют такой же угол наклона зубьев, как колесо. Долбяк и деталь совершают такие же движения, как на обычном зубодолбежном станке, на котором обрабатываются шестерни с косыми зубьями. Долбяки работают попеременно: один совершает рабочий ход, другой - обратный ход.
Этим способом могут обрабатываться шевронные зубчатые колеса без канавки между венцами.
Кроме обработки резанием, зубья цилиндрических зубчатых колес изготавливают методом пластической деформации - накатыванием. Зубья колес модулем до 1,5 мм накатывают в холодном состоянии на специальных станках или токарных станках с продольной подачей (рисунок 3, а). На оправке, установленной в центрах, закрепляют делительное колесо 2 и заготовки 4. Накатники 1 и 3, закрепленные на суппорте станка, имеют заборную часть для постепенного образования зубьев. В начале накатывания они входят в зацепление с делительным колесом 2, а по мере образования зубьев на заготовках приводятся во вращение этими зубьями. Для получения более точного профиля зубьев накатывание ведется с реверсированием вращения заготовок. Холодное накатывание может обеспечить точность изготовления зубьев колес до восьмой степени.
 |
В горячем состоянии накатываются зубья колес с модулем до 5 мм и диаметром до 450 мм. Горячее накатывание производится как с продольной, так и с радиальной подачей на мощных станах.
При горячем накатывании с продольной подачей заготовка, нагретая в высокочастотном индукторе до температуры 1000-1200° С, перемещаясь вдоль оси, вводится между накатниками, аналогично тому как это делается при холодном накатывании зубьев.
При горячем накатывании зубьев с радиальной подачей (рисунок 3, б) заготовка 4, закрепленная на оправке 6, после нагрева в индукторе вводится между вращающимися накатниками, закрепленными на шпинделях 5. Заготовка под действием накатников, сдвигающихся в радиальном направлении, вращается, и на ее поверхности образуются зубья. Накатники закреплены на шпинделях между дисками 7, препятствующий течению металла вдоль оси зубьев и способствующими лучшему заполнению формы зубьев. Накатники во время работы охлаждаются водой. Этот метод обеспечивает точность изготовления зубьев девятой-десятой степени. Для повышения точности зубья подвергают дополнительной чистовой обработке.
При накатывании зубьев понижается расход материала на изготовление колес, уменьшается трудоемкость процесса изготовления и за счет более выгодного расположения волокон металла повышается прочность зубьев.
Материал статьи написан на основе литературного источника "Технология производства двигателей внутреннего сгорания" М. Л. Ягудин
Загрузка...