Тех.маш.Ч

После каждого рабочего хода обрабатываемое колесо немного отводится от долбяка для уменьшения затупления его режущих кромок.

Зубодолбление можно производить за один, два, и более технологических переходов в зависимости от модуля, числа зубьев обрабатываемого колеса, требуемой шероховатости поверхности зубьев, точности изготовления и других параметров. Под переходом понимается один полный оборот обрабатываемого колеса в процессе нарезания зубьев.

Рис. 2.9. Схемы нарезания зубьев колеса круглыми долбяками

При нарезании зубьев у прямозубых зубчатых колёс применяется прямозубый долбяк, у косозубых – косозубый долбяк. Косозубый долбяк отличается от прямозубого тем, что его режущие кромки перпендикулярны к углу подъёма зубьев колеса.

Зубчатые венцы с модулем 1...2 мм обычно обрабатываются круглыми долбяками за один переход, а зубчатые колеса с модулем 2,25...4,00 мм – за два перехода.

Применяя высокоскоростные зубодолбёжные станки с максимальным числом двойных ходов в минуту (1200...2500), обладающие повышенными жёсткостью, виброустойчивостью и точностью, в сочетании с инструментом из быстрорежущей стали, можно обрабатывать зубчатые колёса с модулем до 6...8 мм со скоростями резания 50...60 м/мин и окружными подачами долбяка – 0,5...1,0 мм/дв.х. Радиальная подача врезания долбяка, в процессе обработки, обычно находится в пределах 0,015…0,060 мм/дв.х.

Более производительным способом обработки зубчатых венцов является контурное зубодолбление многорезцовой головкой (рис. 2.10).

Многорезцовая головка состоит из корпуса в виде диска с радиально расположенными пазами, в которых помещаются резцы с профилем, соответствующим профилю впадины обрабатываемого зубчатого колеса. Число резцов в корпусе головки соответствует числу впадин обрабатываемого зубчатого колеса.

41

В процессе обработки многорезцовая головка неподвижна, а обрабатываемое зубчатое колесо 1, закрепленное на рабочем шпинделе зажимного приспособления, совершает возвратно-поступательное движение. Нарезание зубьев производится за несколько двойных ходов рабочего шпинделя. Каждый двойной ход сопровождается радиальной подачей и отводом резцов двумя конусными кольцами, между которыми помещаются хвостовики резцов 2.

Рис. 2.10. Схема зубодолбления зубчатого колеса многорезцовой головкой

По сравнению с процессом зубодолбления дисковыми долбяками процесс контурного зубодолбления в 10–12 раз производительнее обычного зубодолбления.

Точность процессов зубодолбления соответствует 7…8 степеням точности, параметры шероховатости Ra = 5…10 мкм. Данный процесс в основном применяется при предварительной обработке зубьев закрытых венцов зубчатых колёс.

4.4. Протягивания и накатка зубчатых колёс

Наиболее производительными процессами обработки зубчатых венцов являются кругодиагональное протягивание и фрезопротягивание дисковыми протяжками.

Кругодиагональная протяжка (рис. 2.11) состоит из корпуса 1, размещенного в его пазу ползуна 2 и режущих блоков 4 и 5, расположенных по ее периферии. Во время работы протяжка вращается вокруг своей оси, а ползун кроме вращательного совершает возвратно-поступательное прямолинейное движение в направлении его продольной оси симметрии, проходящей через ось вращения протяжки. Это движение ползуну сообщается механизмом, расположенным в шпинделе станка.

В процессе формирования впадины заготовка и ось инструмента неподвижны. При прохождении мимо заготовки сектора протяжки, свободного от резцов, между первым и последним резцами происходит поворот обрабатываемого зубчатого колеса на один зуб и начинается новый цикл без прекращения вращения протяжки. Рабочие циклы следуют один за другим при непрерывном вращении протяжки до тех пор, пока не будут обработаны все зубья нарезаемого зубчатого колеса.

42

Рис. 2.11. Схема кругодиагонального протягивания зубчатых колес

Кругодиагональное протягивание применяется при обработке открытых венцов с модулем 3...6 мм и шириной венца до 35 мм. Точность, достигаемая в процессе обработки, соответствует 6…7 степеням точности, Ra = 5…10 мкм.

Время обработки одной впадины среднемодульного зубчатого колеса составляет 2…4 с. Производительность процесса в 2–3 раза выше, чем при зубофрезеровании червячными фрезами.

Фрезопротягиванием цилиндрических зубчатых колес (рис. 2.12) осуществляется черновая и чистовая обработка впадин между соседними зубьями за один оборот.

Рис.2.12. Схема фрезопротягивания цилиндрических зубчатых колес

Фрезопротяжка представляет собой диск 1, на периферии которого расположено несколько секций режущих блоков для чистовой и черновой обработки. Каждая секция выполняет определенную функцию при обработке боковых поверхностей зубьев нарезаемого зубчатого колеса. В процессе резания фрезопротяжка вращается с равномерной угловой скоростью, а обрабатываемое зубчатое колесо 2

43

перемещается вдоль своей оси, в момент прохождения свободного от резцовых блоков сектора протяжки нарезаемое зубчатое колесо поворачивается на один зуб. После формирования всех впадин обрабатываемое зубчатое колесо выводится из рабочей зоны.

Углы поворота протяжки α определяют зоны чернового, чистого попутного и встречного протягивания.

Фрезопротягивание может применяться для обработки прямозубых и косозубых зубчатых колёс. При нарезании зубьев у косозубых зубчатых колёс обрабатываемая заготовка, кроме перемещения в процессе обработки вдоль своей оси, совершает дополнительный поворот в соответствии с профилем винтовой линии. При этом ось нарезаемого зубчатого колеса располагается в плоскости симметрии резцовых блоков инструмента под углом наклона винтовой линии на делительном цилиндре. Точность обработки зубчатых колёс соответствует 7…8 степеням точ-

ности, Ra = 5…10 мкм.

Накатка зубьев зубчатых колёс основана на пластической деформации поверхностного слоя материала заготовки в холодном состоянии для зубчатых колёс с малым модулем зуба или в нагретом – для зубчатых колёс среднего и большого модулей зубьев. В процессе накатки зубья инструмента, внедряясь в заготовку, формируют впадину, а вытесненный ими металл образует головку зуба зубчатого колеса. Инструмент представляет собой зубчатые колёса с модулем зубьев, соответствующим модулю зубьев накатываемого зубчатого колеса. Материалом режущих зубьев являются хромоникелемолибденовые стали и сплавы твердостью

51,5…59,0 HRCэ.

Накатка зубчатых колёс осуществляется в основном двумя методами: при радиальной подаче инструмента и осевой подаче заготовки или инструмента.

В первом случае процесс происходит при изменении межосевого расстояния между заготовкой и двумя зубчатыми колёсами инструмента, во втором – расстояние между этими осями не изменяется, а заготовки или инструмент располагаются вдоль своих осей. Для образования симметричного профиля зубьев накатка производится сначала в одном, а затем в обратном направлениях с ускоренным обратным вращением.

Процесс горячей накатки осуществляется на специальных станах с предварительным подогревом токами высокой частоты (ТВЧ) обрабатываемой заготовки до температуры 1100…1200°С.

При осевой подаче накатываются зубья с модулем до 4 мм и диаметром до 200 мм на длинных штангах с последующей разрезкой их на отдельные зубчатые колёса или на нескольких заготовках, скрепленных в пакет.

При радиальной подаче на отдельных заготовках накатываются зубья с модулем более 4 мм. Точность процесса накатки зубьев соответствует 8…9 степеням точности, Ra = 5…20 мкм.

При использовании процесса накатки зубьев обеспечивается повышение производительности, уменьшение расхода металла, сокращение оборудования, расходов на металлорежущий инструмент, производственных площадей, а также по-

44

вышение прочности зубьев на 15...35% вследствие уплотнения волокон материала.

4.5. Зубострогание зубчатых колёс

Зубострогание зубчатых колёс применяется в основном для нарезания конических зубчатых колёс 7–8-ой степеней точности с прямым и косым зубом.

Обработка ведется на специальных зубострогальных станках методом обкатки с использованием нескольких резцов (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Нарезание конических колес двумя зубострогальными резцами методом обката:

1 – люлька станка, 2 – зубострогальные резцы (два), 3 – заготовка зубчатого колеса;

Vp V0 – возвратно-поступательное движение зубострогальных резцов по направляющим люльки (движение резания);

Vл – возвратно-вращательное движение резцов вместе с люлькой, согласованное кинематически с Vз – возвратно-вращательным движением заготовки колеса, от которых образуется относительное движение обката;

st – возвратно-поступательное движение заготовки, при нарезании каждого зуба служит движением подачи и осуществляет подвод заготовки колеса в исходное положение и отвод;

1/z – прерывистое вращательное движение, осуществляющее периодическое давление заготовки колеса после выхода её из зацепления с резцами

45

При нарезании конических колёс с тангенциальными зубьями линии движения вершин режущих кромок обоих резцов при своем продолжении не проходят через центр станка, а сходится в точке, которая смещена относительно центра.

Нарезание конических зубчатых колёс с криволинейными зубьями производится на специальных станках, работающих методом копирования (врезания) и методом обкатки.

Режущим инструментом являются резцовые головки (рис. 2.14, а) преимущественно двух типов: цельные и со вставными резцами.

Резцовые головки подразделяются на черновые (для черновых переходов) и чистовые (для чистовых переходов). Различаются также одно, двух и трехсторонние резцовые головки.

Для чернового нарезания зубьев применяются двух и трехсторонние резцовые головки. Двусторонние головки применяются при нарезании зубьев методом обкатки и методом копирования, а трехсторонние – только при работе методом копирования. Двусторонние головки режут наружными и внутренними резцами, расположенными поочередно. Каждый резец одновременно обрабатывает боковую сторону зуба и часть впадины (рис. 2.14, б). Трехсторонние головки в отличие от двусторонних головок имеют наружные, внутренние и средние резцы. Наружные и внутренние резцы обрабатывают только боковые стороны зуба, а средние резцы – только впадины зубьев (рис. 2.14, в и 2.14, г).

Рис. 2.14. Нарезание конического зубчатого колеса с криволинейными зубьями: а) односторонняя резцовая головка; б) схема работы двухсторонней головки;

в) и г) схемы работы трехсторонней головки

Чистовые резцовые головки – одно и двусторонние, используются главным образом для окончательного нарезания зубьев после чернового нарезания.

46

4.6. Зубозакругление зубчатых колёс

У зубчатых колёс, предназначенных для коробок передач и других зубчатых колёс, переключающихся на ходу, для облегчения включения производится закругление торца зубьев на специальных зубозакругляющих станках при помощи пальцевых фрез методом копирования (рис 2.15, а).

Рис. 2.15. Закругление зубьев цилиндрических зубчатых колес: а) пальцевой фрезой; б) пустотелой фрезой

В процессе работы пальцевая фреза вращается и одновременно перемещается по дуге с возвратно – поступательным движением, огибая кромку зуба обрабатываемого колеса, которое периодически отводится в осевом направлении, поворачивается вокруг оси на один зуб и снова подводится к фрезе. Время обработки каждого торца зуба 1–З сек. Большая производительность достигается при закруглении зубьев пустотелой фрезой, показанной на рис. 2.15, б.

5. ЧИСТОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ НЕЗАКАЛЁННЫХ (“СЫРЫХ”) ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС

5.1. Зубошевингование зубчатых колёс

Шевингование дисковым шевером является наиболее распространенным и экономичным методом чистовой обработки зубьев незакалённых (с твёрдостью до 30…33 ед. НRСэ) прямозубых и косозубых цилиндрических колёс с внешним и внутренним зацеплением после зубофрезерования или зубодолбления.

Шевингование применяется для повышения точности зубчатого зацепления, уменьшения параметра шероховатости поверхности на профилях зубьев, снижения уровня шума и т.д. Шевингованием можно повысить точность на одну-две

47

степени. Точность зубчатых колёс после шевингования достигает 6–8-й степени, параметр шероховатости поверхности Ra = 0,8…2,0 мкм.

Точность зубчатых колёс в процессе шевингования зависит главным образом от их точности после зубофрезерования или зубодолбления и коэффициента перекрытия шевера с обрабатываемым колесом, который должен быть не менее 1,6. При шевинговании можно проводить продольную и профильную модификацию зуба. При образовании продольной бочкообразности исключается опасность концентрации нагрузки на концах зубьев. Модификация эвольвентного профиля зубьев позволяет уменьшить уровень шума и повысить срок службы зубчатой передачи. Модификацию формы зуба проводят также для компенсации деформации в процессе термической обработки.

Методы шевингования (параллельное, диагональное, тангенциальное, врезное и их разновидности) различаются направлением подачи, конструкцией шевера и временем обработки. В процессе шевингования шевер и обрабатываемое колесо находятся в плотном зацеплении, а оси их расположены под углом скрещивания.

При параллельном шевинговании обрабатываемое зубчатое колесо 1 совершает возвратно-поступательное движение З параллельно своей оси и в конце каждого реверсивного движения перемещается вертикально (ступенчато) к шеверу

(рис.2.16, а).

Рис. 2.16. Схема шевингования зубчатых колёс: а) параллельное шевингование; б) диагональное шевингование;

в) тангенциальное (касательное) шевингование; г) врезное шевингование. 1 – зубчатое колесо, 2 – шевер

48

Несколько последних возвратно-поступательных ходов совершаются без радиальной подачи (калибрующие ходы). Ширина шевера не зависит от ширины зубчатого венца; практически этим методом можно обрабатывать зубчатые колёса любой ширины.

Использование шевера при данном методе недостаточно эффективно, резание выполняет лишь среднее сечение длины зуба, поэтому в этой зоне шевер изнашивается быстрее, чем на краях. Параллельное шевингование обычно применяется в мелкосерийном производстве, а при ширине зубчатого венца свыше 50 мм в крупносерийном.

При диагональном шевинговании обрабатываемое колесо совершает возврат- но-поступательное движение З под углом к оси заготовки (рис. 2.16, б), благодаря чему длина L меньше ширины зубчатого венца колеса. Угол диагонали 35–40° создает оптимальные условия резания и качество обрабатываемой поверхности. При угле диагонали свыше 60° необходимо применять специальный шевер со смещёнными зубцами. Угол диагонали менее 25° не рекомендуется. Другим преимуществом диагонального шевингования, по сравнению с параллельным шевингованием, является сокращение длины подачи стола, что позволяет повысить производительность станка до 50%.

При тангенциальном (касательном) шевинговании продольная подача отсутствует, имеется лишь подача З на глубину перпендикулярно оси колеса 1 (рис. 2.16, в). Ширина шевера 2 больше, чем ширина зубчатого венца колеса. Чтобы заменить продольную подачу при снятии стружки, режущие зубцы шевера смещаются относительно торца шевера по винтовой линии. Тангенциальное шевингование обычно выполняется за один двойной ход при постоянном межосевом расстоянии. Тангенциальный метод шевингования более производителен, чем перечисленные ранее; параметр шероховатости поверхности несколько выше.

При врезном шевинговании вместо продольной подачи инструмента вдоль оси обрабатываемого зубчатого колеса осуществляется радиальная подача (рис. 2.16, г). Для обеспечения полного охвата поверхности зубьев зубчатого колеса, также как и при касательном шевинговании, используются шеверы с винтовым расположением режущих кромок. Рабочая часть шевера должна быть больше ширины обрабатываемого зубчатого венца. Специфической особенностью шеверов, применяемых при данном виде шевингования, является вогнутость формы их зубьев в продольном направлении для лучшего прилегания к поверхности зуба обрабатываемого зубчатого колеса. Обработка врезным шевингованием позволяет повысить производительность в 2–4 раза по сравнению с производительностью при других способах шевингования.

Угол скрещивания осей шевера и колеса определяется как сумма углов наклона линий зуба колеса и шевера при одинаковых их направлениях или как разность при различных направлениях. При обработке сталей принимается оптимальный угол скрещивания у = 10–15°, а чугуна и пластмассы – до у = 20°.

При параллельном и диагональном шевинговании с углом диагонали до 60° бочкообразная форма зуба обеспечивается обработкой на шевинговальном станке путём качания стола во время его возвратно-поступательного движения. Качани-

49

ем стола обеспечивается более глубокое врезание зубьев шевера на концах зубьев колеса, чем в середине венца, постепенно уменьшая толщину зуба от середины к торцам.

5.2. Холодное обкатывание зубчатых колёс

Холодная обкатка – применяется для окончательной обработки боковых поверхностей зубьев незакаленных зубчатых колёс вместо шевингования. Процесс осуществляется без снятия стружки путём пластического деформирования металла специальным инструментом, имеющим форму цилиндрического зубчатого колеса 4...5 степеней точности. Инструмент изготовляется из стали марок Р18, Р6М5, Х12Ф1 и др. твердостью 59...61 ед. НRСэ.

Обкатка может осуществляться одним, двумя или тремя зубчатыми накатниками. Наиболее широко в условиях массового производства применяется обкатка двумя зубчатыми колёсами, расположенными горизонтально или вертикально. Преимущество данного способа заключается в том, что силы, создаваемые зубчатыми колёсами в процессе обработки, взаимно уравновешиваются. Обрабатываемое зубчатое колесо устанавливается на одну оправку между зубчатыми колёсами. Оси инструмента и зубчатого колеса параллельны. Зубчатые колёса инструмента синхронно вращаются независимо друг от друга. В процессе обработки расстояние между инструментом и зубчатым колесом постепенно уменьшается, и при достижении беззазорного зацепления начинается процесс обкатки с определенным усилием. Припуск под обкатку должен быть 0,02...0,04 мм, т.е. в 1,5–2,0 раза меньше, чем при шевинговании. В противном случае на боковых поверхностях зубьев образуются складки и местные скопления металла.

Процесс обкатки по сравнению с зубошевингованием позволяет увеличить производительность в 4…5 раз, уменьшить уровень шума зубчатых колес на 2…3 дБ, снизить значения параметра шероховатости поверхностей зубьев до Ra = 0,16 мкм, повысить твёрдость и износостойкость профилей зубьев. Точность обработки зубчатых колёс может быть повышена на 1…2 степени.

Основное время обработки зубьев с модулем 2,5 мм и числом зубьев не более 35 составляет 4...8 с. Колеса, изготовленные обкаткой, в процессе термообработки вследствие более однородной структуры деформируются меньше, чем зубчатые колеса, изготовленные шевингованием.

6. ЧИСТОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЗАКАЛЁННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС

6.1. Зубошлифование зубчатых колёс

Среди чистовых методов обработки зубьев шлифование имеет ряд преимуществ. Этот метод обеспечивает самую высокую точность обработки (до 3 степени точности) и малую шероховатость поверхности. Шлифование позволяет устранять неизбежные деформации при закалке и производить профильную и продольную модификацию зубьев для повышения эксплуатационных показателей.

50