Обробка зубчастих поверхонь

План

1. Загальні відомості.

2. Нарізання зубчастих коліс методом копіювання.

3. Нарізання зубчастих коліс методом обкочування.

4. Накочування зубів зубчастих коліс.

5. Способи чистової обробки зубчастих коліс.

 

1. Зубчасті колеса ділять на циліндричні, конічні, черв’ячні. Найбільш розповсюджені циліндричні. Їх виготовляють одновінце­вими та блочними. За конфігурацією: у вигляді дисків з гладкими або шліцевими отворами, а також з хвостовиками та фланцями. Зуби в циліндричних колесах можуть бути прямі, спіральні, шевронні, в конічних – прямі, косі та криволінійні.

В машинобудуванні зубчасті колеса виготовляють за 5,6,7,8,9 ступенем точності (3...12 квалітет).

 

2. Колеса нарізаються на горизонтально та універсально-фре­зерних верстатах за допомогою ділильної головки модульними дис­ковими та пальцевими фрезами (метод копіювання). Модульні фре­зи виготовляються у вигляді наборів по 8...15 штук для кожного модуля (найчастіше 8) по дев’ятому класу точності (ГОСТ 1.643-72). Для більш точних коліс набори по 15...26 штук. Кожна фреза призначена для нарізання певної кількості зубів.

Зубчасті колеса нарізають в основному по одному (рис.15.1,а) або декілька штук (рис.15.1,б), скорочуючи час на врізання та допоміжний час. При цьому значно підвищується продуктивність за рахунок використання твердосплавних фрез. Можуть використову­вати зубофрезерні верстати з декількома фрезами (рис.15.1,в) та багатошпиндельними ділильними головками(рис.15.1,г). При цьому підхід заготовок до фрез, відвід в початкове положення і поворот на один зуб відбувається автоматично.

Рис.15.1.

 

Основний час при нарізанні прямозубих коліс модульною дис­ковою фрезою на зубофрезерному верстаті з автоматичним ділиль­ним механізмом визначається:

, хв.

де sр.х – хвилинна подача при робочому ході (мм);

sзв.х – подача при зворотному ході (мм);

z – кількість зубців;

і – число ходів;

m – кількість одночасно нарізуваних коліс;

τ – час на поворот заготовки на один зуб (хв.);

, мм

Dф – діаметр фрези;

t – глибина впадини між зубами;

sр.х=sz ·zф· n,

sz – подача на один зуб фрези;

n – кількість обертів фрези за хвилину;

zф – кількість зубів фрези.

Нарізання зубів середніх модулів 8...9 класу точності можна здійснювати двома фрезами (рис.15.1,д), а чорнове трьома кутови­ми фрезами (рис.15.2,а) або спеціальними дисковими фрезами (для модулів більше 30 мм) (рис.15.2,б).

Рис.15.2

 

Дисковими модульними фрезами можна обробляти косозубі колеса, повертаючи фрезу на кут нахилу зуба.

Пальцевими модульними фрезами нарізають зуби середніх та крупномодульних коліс (циліндричних, шевронних, рейок і т.п.) (рис.15.3,а,б). Крупномодульні зуби – двома кутовими пальцевими фрезами (рис.15.3,в).

Попередні методи обробки використовуються для умов одиничного і дрібносерійного виробництва.

Рис.15.3

3. Метод обробки зубчастих коліс обкочуванням полягає в тому, що в процесі обробки моделюється процес зачеплення зуб­частої пари, в якій одною деталлю є різальний інструмент, а другою – оброблювана заготовка.

Нарізання циліндричних зубчастих коліс з прямими, косими та гвинтовими зубами може виконуватися:

а) черв’ячними фрезами (зубофрезерування);

б) довб’яками, у вигляді шестерень і довб’яками, у вигляді гребінок-рейок (зубодовбання).

Для цього створені спеціальні зубофрезерні верстати. Най­більш розповсюджені верстати, які здійснюють процес фрезеруван­ня або зубодовбання в процесі неперервного процесу обкочування.

При довбанні більш точний профіль, ніж при фрезеруванні. Але удари впливають на інструмент і верстат, тому довбання використовують для чистової обробки. Чорнове фрезерування здійснюється за допомогою двох або трьохзахідних фрез, чистове – однозахідних фрез.

Зубофрезерування черв’ячними фрезами найбільш розповсюд­жене. Воно високопродуктивне та точне (8...9 клас). Для обробки використовуються спеціальні верстати (5 група) та черв’ячні фрези.

При цьому (див. рис. 15.4.) фреза кріпиться в супорті, який має бути повернутий так, щоб фреза була повернута під кутом α підйому гвинтової лінії витків фрези. Заготовка зубчатого колеса встановлюється на столі і має переміщення по станині для встановлення на глибину зуба і обертовий рух, завдяки чому здійснюється обкочування зубчастого колеса відносно фрези. Супорт з фрезою рухається паралельно до осі зубчастого колеса.

При обробленні зубчастих коліс з косими зубами фреза встановлюється з врахуванням нахилу гвинтової лінії та кута спіралі зубчастого колеса. Якщо напрямок нахилу гвинтової лінії зубів колеса і фрези одинакові то використовується схема обробки показана на рис. 15.4,а, якщо різні – рис.15.4,б.

Рис. 15.4.

 

Якщо модуль колеса менший 2,5 мм, то обробка здійснюється за один прохід. Якщо більший 2,5 – за два або три проходи (чорно­вий і чистовий). Чорнові ходи здійснюються двох-, трьохзахідними фрезами (неточні), чистові – однозахідними.

Основний час при нарізанні прямозубого колеса :

, хв.

де ℓо – довжина зуба;

m – кількість одночасно оброблюваних коліс;

z – кількість зубців;

s – подача на один оберт зубчатого колеса (мм);

n – кількість обертів фрези за хвилину;

q – число заходів фрези;

ί – кількість ходів.

, мм

де t – глибина прорізуваної впадини;

ℓпер = 2...3 мм.

Врізання дуже велике якщо Dф великий, тому подачу здійсню­ють не осьовим (рис.15.5,а), а радіальним врізанням (рис.15.5,б). Рекомендована осьова подача 0,2 мм на один оберт фрези.

 

 

Рис. 15.5

 

При нарізанні черв’ячних зубчастих коліс вісь фрези повинна бути перпендикулярна до осі зубчастого колеса і розташовуватися строго по центру фрези. Нарізати черв’ячні зубчасті колеса можна: радіальною подачею (найбільш розповсюджено) (рис.15.6,а); тан­генціальною подачею (рис.15.6,б); комбінованим способом.

При використанні першого способу за один оберт фрези коле­со повинно повернутися на кількість зубів, що дорівнюють кількос­ті заходів фрези. При цьому супорт з фрезою стоять на місці, а стіл із заготовкою здійснює горизонтальну подачу s на глибину зуба в напрямку фрези, тобто в радіальному напрямку. При обробці великих коліс подача здійснюється стійкою з фрезою. Цей метод використовується для нарізання однозахідних черв’ячних коліс.

 

 

Рис. 15.6.

 

Спосіб тангенціальної подачі для багатозахідних черв’ячних коліс дає більш точний профіль зуба, але дуже дорога фреза. Потрібен спеціальний супорт для здійснення тангеціальної подачі.

Обробка комбінованим способом (для нарізання нестан­дартних коліс) здійснюється за допомогою одного або двох спеціальних різців, найчастіше за два чорнових і один чистовий проходи (рис. 15.7).

 

Рис.15.7.

 

Чорновий різець (вужчий) працює з радіальною подачею, чистовий (ширший) ‑ з тангенціальною подачею. Припуск на чистову оброб­ку 0,5 мм на сторону.

Нарізання зубів довб’яками можна здійснювати також спосо­бом обкочування довб’яками у вигляді шестерень) (рис. 15.8,а) та гребінок (рис. 15.8,б) на зубодовбальних верстатах.

	б)

	а)

 

Рис.15.8

 

Довб’як має форму шестерні з модулем, що дорівнює модулю зубів нарізуваного колеса (довбання може бути внутрішнє та зов­нішнє). Для нарізання гвинтових зубів використовується довб’як, що має такий самий кут підйому зуба та отримує додатковий обер­товий рух від спеціального копіра, що знаходиться в верхній части­ні шпинделя довбального верстата.

Зубчасті колеса з прямими, косими та гвинтовими зубами можна нарізати і на зубодовбальних верстатах за допомогою гребі­нок, які виготовляються і заточуються простіше, ніж довб’яки. Такі верстати працюють за принципом обкочування. Гребінки бувають обдирочні, оздоблювальні та шліфувальні. Припуск на фінішну обробку 0,5 мм. Цей спосіб використовуються рідко через малу продуктивність.

Багаторізцеві головки (рис. 15.9) працюють за принципом, ко­ли на кожен зуб є свій різець, який здійснює обробку, при кожному робочому ході, переміщенням в радіальному напрямку. При холос­тому ході відходить. Використовуються для попередньої обробки, через низьку точність.

 

Рис.15.9.

 

Метод зуботочіння призначений для нарізання прямих і косих зубів циліндричних зубчастих коліс на зубофрезерних верстатах за допомогою довб’яка. Зачеплення інструмента з заготовкою розгля­дається як зачеплення двох гвинтових зубчастих коліс, при якому відбувається повздовжнє ковзання поверхонь зубів, яке здійснює процес різання. Нарізання прямих зубів виконується косозубим довб’яком (рис. 15.10,б), а косих – прямозубим (рис. 15.10,б). Продуктивність цього методу в 2…4 рази вища за обробку однозахідною фрезою.

 

Рис.15.10.

 

Протягування зубів має високу продуктивність і точність. Протяжки можуть обробляти одну або декілька заготовок. Таким способом обробляють зуби вінців великих розмірів на вертикаль­них протяжних верстатах з круглим поворотним столом. Одночасно обробляється кілька зубів, оскільки обробка всіх зубів одночасно утруднена через складність конструкції протяжки.

Часто протягуванням обробляють зубчасті сектори на звичай­них горизонтально-протягувальних верстатах.

Нарізання зубів конічних зубчастих коліс високої точності мо­же виконуватися на спеціальних зуборізних верстатах. При їх від­сутності конічні колеса з прямими та косими зубами можуть наріза­тися на універсально-фрезерних верстатах за допомогою ділильної головки модульними фрезами (рис.15.11). При цьому заготовку за­кріпляють на оправці в ділильній головці, шпиндель якої поверта­ють доти, поки западина між зубами не займе горизонтальне положення. Нарізання здійснюється за два-три проходи.

 

 

 

Рис.15.11.

 

Для нарізання точних конічних прямозубих коліс в серійному та масовому виробництвах використовують зубостругальні верстати, які працюють за методом обкочування.

 

4. Накочування зубів в 15…20 разів продуктивніше за зубона­різання. Зуби з модулем меншим 1 мм накочуються на холодно, а з більшим – на гарячо.

Вибір способу накочування залежить від модуля, конфігурації колеса та необхідної точності. В холодному стані накочування зубів може здійснюватися на токарних верстатах з повздовжньою подачею (рис 15.12,а). В гарячому стані накочування може відбуватися з радіальною (рис 15.12,б), або повздовжньою подачею.

Рис.15.12.

 

5. Викінчувальна обробка зубчастих коліс може здійснюва­тися обкочуванням, шевінгуванням, шліфуванням, притиранням.

Обкочування полягає в тому, що незагартоване колесо обкочу­ється трьома загартованими та шліфованими колесами.

Шевінгування моделює процес зачеплення двох коліс, оброб­люваного та шевера. На зубах шевера виконуються канавки, які утворюють на поверхні зуба різальні леза. Ці леза зрізають з оброблюваного колеса дуже тонкі стружки, чим забезпечують чистову обробку (рис 15.13).

 

 

Рис.15.13.

Шевер повинен бути розташований під кутом 15⁰ до осі колеса, а колесо здійснювати зворотньо-поступальний рух і обертатися від шевера. Після закінчення кожного ходу шевер обертається в протилежну сторону і обробляє другу сторону зуба. Припуск на шевінгування 0,04…0,03 мм.

Шліфування зубів зубчастих коліс може виконуватися мето­дом копіювання фасонним кругом (рис 15.14,а), або методом обко­чування (рис 15.14,б).

 

 

Рис.15.14.

 

Запитання для самоконтролю

1. Дайте класифікацію зубчастих коліс.

2. Охарактеризуйте метод нарізання зубчастих коліс модульними дисковими фрезами.

3. Охарактеризуйте метод нарізання зубчастих коліс модульними пальцевими фрезами.

4. Опишіть процес обробки зубчастих коліс методом обкочування.

5. Які інструменти можуть використовуватися для нарізання зубчастих коліс способом обкочування?

6. Опишіть метод обробки зубчастих коліс черв’ячними фрезами.

7. Опишіть метод обробки зубчастих коліс довб’яками.

8. Опишіть суть методу зуботочіння.

9. Охарактеризуйте процес обробки конічних зубчастих коліс.

10. Які способи використовуються для накочування зубчастих коліс?

11. Якими методами може здійснюватися чистова обробка зубів?

12. Опишіть суть шевінгування.

13. Якими методами здійснюється шліфування зубів?