Лекція 19 способи нарізання зубчастих коліс

Існують два принципово різні способи нарізання зубів: копіювання та обкатка.

Спосіб копіювання

При цьому способі зубчасті колеса нарізають інструментом, профіль якого точно збігається з профі­лем западин колеса, що нарізається, тобто профіль інструмента копіюється на колесі (рис. 19.1,а,б). Інструментом може бути модульна (дискова або пальцьова) фреза. Обертаючись, фреза пе­ресувається вздовж зуба. За кожний хід фрези нарізається одна за­падина. Після цього заготовка повертається на кутовий крок . За допомогою цього методу можна нарізати прямозубі, косозубі та шевронні зубчасті колеса, для останніх заготовка в процесі нарізання повертається на відповідний кут.

Використовують також інструмент, що обробляє всі запади­ни одночасно — протяжки, зубодовбальні головки тощо.

Рис. 19.1

Основний недолік способу копіювання полягає в тому, що різальний інструмент є фасонним, тобто має криволінійні різальні кромки і при його виготовленні неминучі похибки, які передаються колесу, що нарізається. Крім цього, при викори­станні набору модульних фрез доводиться навмисно вносити ще й додаткові похибки за таких причин: діаметр основного кола, за евольвентою якого обкреслений профіль зубів, визначається модулем т і числом зубів z колеса, що нарізується. Очевидно, що для кожного сполучення т і z треба мати окрему фрезу; оскільки в стандарті більше 50 модулів, а число зубів, які вико­ристовуються, перевищує 100, то в універсальному комплекті повинно бути понад 5000 фрез !. Для скорочення номенклатури інструменту діапазон чисел z. розбивають на інтервали і в межах кожного інтервалу використовують одну і ту саму фрезу для нарізання коліс із різними числами зубів. Для кожного модуля комплект складається із 8-15 фрез.

Через низьку точність коліс і малу продуктивність процесу нарізання методом копіювання доцільно цей метод використовува­ти лише в індивідуальному або дрібносерійному виробництві для виготовлення малонавантажених і тихохідних передач.

Шліфувальні круги, різці й протяжки профілюють для кож­ного конкретного колеса, і похибки, викликані невідповідністю інструменту числу зубів колеса, що нарізаються, у цьому випад­ку відсутні.

Недоліком методу копіювання є також те, що для реалізації будь-якої зміни в геометрії зубів необхідно виготовляти спеці­альний інструмент, що пов'язано зі значними трудовими і ма­теріальними затратами.

Процес нарізання зубів протяжками та зубодовбальними го­ловками продуктивний, але через складність і високу вартість інструменту доцільно такий процес використовувати лише в масовому виробництві.

Спосіб обкатки (огинання)

При цьому способі в основу гео­метрії інструменту покладено так зване твірне колесо або рейку, бічні поверхні зубів яких мають різальні кромки.

При нарізанні зубів твірному колесу (інструменту) і колесу (заготовці), що нарізається, надають такого відносного руху, який би мали ці колеса, перебуваючи в зачепленні один з одним. Зачеплення твірного колеса з оброблюваним колесом на­зивають верстатним зачепленням. Отже, у верстатному зачеп­ленні відтворюється перекочування без ковзання початкових поверхонь інструменту й колеса, що нарізається, — чим і пояс­нюється назва способу обкатки.

Оскільки для будь-якого зубчастого колеса можна спроектува­ти спряжену з колесом зубчасту рейку, то замість колеса-інструмента може бути інструментом також рейка, яка називається інструментальною рейкою, або гребінкою. У процесі нарізання рей­ка здійснює вздовж осі заготовки зворотно-поступальний рух. Заготовка має подвійний рух у горизонтальній площині: обертовий навколо своєї осі і поступальний вздовж рейки. Отже, заготовка здійснює рух колеса відносно рейки, і профілі зубів ко­леса одержують процесом обкатки. Весь цей процес здійснюється на спеціальних зубодовбальних верстатах.

Гребінка — найпростіший, а тому найточніший інструмент рейкового типу. Проте число зубів гребінки обмежене, оскільки довгі гребінки важко виготовляти, а число зубів коліс, що нарізаються, частіше всього більше від числа зубів гребінки, то процес обкатки не може бути безперервним. Після того, як за­готовка перекотилась по всій довжині гребінки, процес об­катки припиняється, заготовку повертають у вихідне поло­ження і продовжують обкатку. Таке періодичне переривання зменшує точність і продуктивність зубонарізання, ускладнює верстат.

Для того, щоб зробити процес обкатки безперервним, вико­ристовують черв'ячні фрези. Черв'ячна фреза (Рис. 19.2,б) — це гвинт із трапецієподібною нарізкою (Рис. 19.2,в), профіль якої у нормальному перетині такий самий, як і профіль твірної рейки. Для утворення різальних кромок уздовж осі прорізані канавки. Зачеплення фрези з колесом, що нарізається, ана­логічне зачепленню черв'яка з черв'ячним колесом (Рис. 19.2, а).

Рис. 19.2

Останніми роками поширився новий метод обкатки — на­катка зубчастих коліс у холодному (для дрібномодульних коліс, т < 2 мм), або гарячому стані, який полягає у наступному. Інструменту у вигляді зубчастого колеса і заготовці надають на верстаті такі відносні рухи, ніби вони перебувають у дійсному зачепленні. При цьому завдяки пластичній деформації інстру­мент формує на заготовці зуби евольвентного профілю.

Значною перевагою всіх методів обкатки є висока продук­тивність, велика точність і мала кількість інструменту. Одним інструментом (даного модуля) можна нарізати зубчасті колеса з будь-яким числом зубів та змінювати геометрію зубчастих коліс.

На рис. 19.2,г,д зображені схеми нарізання конічних зубча­стих коліс. У першому випадку (рис. 19.2,г) показано нарізання коліс на зубостругальному верстаті, у другому — на фрезерних верстатах за допомогою обертової різцевої головки.

При зубоструганні різальний інструмент відносно колеса, що нарізується, здійснює два основні рухи: технологічний, який забезпечує зрізання й виведення матеріалу з об'єму, що займає западина, і рух огинання, який забезпечує відповідне профілю­вання бічних поверхонь зубів. Для нарізання використовують два різці, які здійснюють зворотно-поступальний рух вздовж твірних конуса западин. Кожний із різців обробляє одну бічну поверхню зуба. Сформувавши один зуб, різці відводять, заготов­ка повертається на кутовий крок, і процес нарізання повто­рюється.