6.9. Процессы обработки резанием зубьев зубчатых колес

6.9.1. Методы профилирования зубьев зубчатых колес

Для эффективной работы большинства современных машин и аппаратов, которые характеризуются большими скоростями движения и передаваемыми нагрузками, предъявляются высокие требования к качеству и надежности зубчатых передач. Наиболее ответственной операцией при изготовлении зубчатых колес является обработка зубьев зубчатых колес – зубонарезание, заключающееся в прорезании впадин между зубьями и придание им необходимого профиля. Наиболее распространены эвольвентные зубчатые колеса. Профиль их зубьев в торцевом сечении образован по эвольвенте.

Для профилирования эвольвентных зубчатых колес используют метод копирования и обкатки (центроидного огибания). Метод копирования состоит в обработке зубчатых изделий (колес, шлицевых валов, звездочек, зубчатых секторов и т.п.) инструментом, профиль зубьев которого соответствует форме впадины зуба. Подобным инструментом являются: пальцевые и дисковые зуборезные фрезы (рис. 6.71, б, в), протяжки для прямозубых и косозубых колес, зубодолбежные многорезцовые головки (рис. 6.71, г) и другой специальный инструмент.

Метод копирования имеет более узкую область применения: единичное (концевые и дисковые фрезы) и некоторые случаи массового производства зубчатых колес 9...12 степени точности. Для метода копирования характерна сравнительно низкая производительность. Вместе с тем он может быть реализован на универсальных металлорежущих станках, оснащенных делительными устройствами.

Режущий инструмент, например, в виде фасонного резца (рис. 6.71, а) прострогает впадину между зубьями зубчатого колеса так, что будут образованы две боковые стороны двух соседних зубьев. Затем заготовку поворачивают на ¹/_Zчасть окружности (Z– число зубьев нарезаемого зубчатого колеса) и резец прострогает соседнюю впадину и т.д.

Т

а) б) в)

г) д) е)

Рис. 6.71. Схемы формообразования зубчатых колес.

е же геометрические параметры зубчатого колеса можно получить, если использовать инструмент в виде фасонной дисковой фрезы (рис. 6.71, б) или фасонной пальцевой фрезы (рис. 6.71, в). Профиль впадин будет одинаковым по всей толщине колеса, если заготовке сообщить продольную подачу -S_пр.

Наибольшее распространение получил метод обкатки. Он основан на зацеплении и согласованных движениях зубчатой пары, составленной из заготовки и инструмента. Такая пара может быть представлена заготовкой, которая совершает круговую подачу - S_кр.заг. и инструментом в виде зубчатого колеса, вращающегося с подачей -S_кр.и. (рис. 6.71, е). Метод обкатки заключается в создании условий, когда центроиды инструмента (С) и нарезаемого зубчатого колеса (В) катятся друг по другу без скольжения, при этом профиль нарезаемого колеса получается в процессе обработки как огибающая различных положений (положения 1, 2, 3, 4 и т. д.) режущих кромок инструмента (рис. 6.71, е).

Эвольвентный профиль зуба будет выполнен и в том случае, если зубчатую пару образовать из заготовки и инструмента в виде зубчатой рейки (рис. 6.71, д). Согласованность движений элементов пары состоит в качении делительной окружности (С) по делительной прямой (Д) без скольжения, поэтому металлорежущий станок должен обеспечивать необходимое (взаимосвязанное движение) отношение круговой подачи - S_кр.заг. (движение деления) и поступательного перемещения -S_п (движение подачи) инструмента. Для обработки на заготовке впадин инструмент (рейка) должен совершать движение резания со скоростью резания –V. В этом случае эвольвентный профиль нарезаемого зуба зубчатого колеса получается как огибающая различных положений профиля зубьев инструментальной рейки, очерченных прямыми линиями.

Зубчатая пара может быть также образована зацеплением двух конических колес: заготовки и особого колеса в виде кольцевой рейки (рис. 6.71, г). Инструментальную рейку имитируют два резца с прямолинейными режущими кромками. Движение обкатки обеспечивает кинематическое сочетание подач элементов пары. Когда один резец движется вперед, второй отходит назад, и наоборот. Траектории резцов проходят через вершину обрабатываемого конического колеса.

Метод обкатки является прогрессивным методом обработки зубчатых изделий (колеса, шлицевые валы, звездочки, зубчатые секторы и т.п.) как в отношении производительности, так и точности. Данный метод обеспечивает нарезание зубчатых колес в диапазоне модулей 0,1...40 мм с достижением точности в пределах 5...11 степени точности и применяется в единичном, серийном и массовом производствах.