2.7 Зубонарізання

2.7.1 Загальні відомості

Зубонарізання полягає у прорізуванні западин між зубцями і наданні їм потрібного профілю. Є два основних методи нарізання зубців зубчастих коліс: метод копіювання і метод обкатки, або огинання.

Метод копіювання полягає в утворенні зубців зубчастого колеса спе­ціальним фасонним інструментом, профіль якого відповідає профілю за­падини між ними.

При нарізанні зубців зубчастого колеса методом обкатки потрібний профіль утворюється внаслідок узгоджених переміщень різальних кро­мок інструмента і заготовки колеса. Різальні кромки інструмента опису­ють у просторі поверхню, яка відповідає поверхні зубчастої рейки або зубчастого колеса, що називаються виробною рейкою або виробним ко­лесом. Внаслідок узгоджених рухів інструмента і заготовки заготовка огинається навколо виробної рейки або колеса, ніби перебуваючи з нею у постійному зачепленні. В цей час різальні кромки інструмента проріза­ють на заготовці западини між зубцями.

Нарізають зубці зубчастих коліс за методом обкатки спеціальними ін­струментами на зуборізних верстатах. Найпоширенішими є зубофрезерні, зубодовбальні та зубостругальні верстати.

2.7.2 Фрезерування зубців циліндричних і черв’ячних зубчастих коліс

Метод копіювання. Фрезерування зубців циліндричних коліс методом копіювання здійс­нюють за допомогою пальцевих (рисунок 2.45, а) або, частіше, дискових (рисунок 2.45, б, в) модульних фрез 1, профіль яких відповідає профілю запа­дини. Заготовку 2 встановлюють у центрах ділильної головки 3 і задньої бабки 5. Прямозубі колеса нарізають на горизонтально-фрезерних, а косозубі - на універсально-фрезерних верстатах. Після фрезерування кож­ної западини стіл 4 із заготовкою повертається у вихідне положення, і заготовка за допомогою ділильної головки обертається на один зуб. Це потребує значної витрати часу, і нарізання зубців таким способом малопродуктивне. За допомогою пальцевих модульних фрез нарізають зуб­часті колеса великого модуля.

Профіль зуба залежить від модуля і числа зубців коліс. Тому для виго­товлення точного профілю зубців треба колесо кожного модуля і з кож­ним числом зубців нарізати своєю фрезою. Оскільки в цьому випадку слід було б мати велику кількість фрез, застосовують набори, що складаються для кожного модуля з 8, 15 або 26 фрез, тобто однією фрезою оброб­ляються колеса з різним числом зубців. Профіль же фрези відповідає од­ному певному їх числу. Отже, метод копіювання не може забезпечити одер­жання високої точності при нарізанні зубців.

Рисунок 2.45 – Фрезерування зубців зубчастих коліс методом копіювання

Перевагою цього методу є його простота і можливість здійснення на широко розповсюдженому універсальному устаткуванні. Тому його ви­користовують в індивідуальному виробництві і при виконанні ремонт­них робіт.

Метод обкатки. Принцип фрезерування зубців на зубофрезерному верстаті можна уяви­ти собі так. Циліндрична заготовка з повністю пластичного матеріалу, наприклад, пластиліну, вільно насаджена на валик. Вдавимо в обід заго­товки металевий черв'як і будемо його обертати. Оскільки заготовка ві­льно сидить на валику, вона також буде обертатися, і при цьому черв’як на її поверхні видавить зубці. Якщо видавлюючий черв’як замінити чер­в’ячною фрезою, що є загартованим черв’яком із прорізаними поздовжні­ми канавками, які утворюють різальні кромки (рисунок 2.46), а заготовку - металевою, то можна виготовити на ній зубці не витискуванням, а різан­ням. При цьому, щоб дістати циліндричне зубчасте колесо, фрезі крім головного обертального руху треба надати також вертикального перемі­щення подачі, а заготовці - примусового обертального руху, узгоджено­го з обертанням фрези так, щоб вони перебували в нормальному зчепленні. Канавки, що утворюють зубці черв’ячної фрези, прорізані нормально до витків нарізки, завдяки чому зубці розміщуються по гвинтовій лінії, їх затилують по архімедовій спіралі, що забезпечує сталість їх профілю при переточуванні. В осьовому пере­різі фрези утворюється рейковий трапецієподібний профіль, який є профілем виробної рейки.

Нарізання зубчастих коліс чер­в’ячною фрезою має такі перева­ги порівняно з нарізанням їх дис­ковими модульними фрезами: чер­в'ячною фрезою певного модуля можна нарізати зубчасті колеса з будь-яким числом зубців, профіль їх більш точний; висока продуктивність; напівавтоматичний цикл об­робки.

Будова зубофрезерного верстату. Зубофрезерний верстат (рисунок 2.47) призначений для нарізання цилін­дричних зубчастих коліс з прямими й гвинтовими зубцями, а також черв'яч­них коліс. На станині 1 верстата встановлено нерухомий стояк 2, по вер­тикальних напрямних якого може переміщатись фрезерний супорт 3, здійс­нюючи вертикальну подачу s_в. На ньому розміщена фрезерна головка із закріпленою на оправці черв'ячною фрезою, яка здійснює головний рух. Заготовку закріплюють на оправці, розміщеній на столі 7, що разом із за­готовкою здійснює обертальний рух - кругову подачу s_кр. Обертання заготовки має бути узгоджене з обертанням фрези так, нібито фреза і коле­со, що нарізуються, були б у нормальному зачепленні. Стіл 7 і підтримувальний стояк 6 із центром 5 встановлені на полозках 8, які можуть пере­міщатись по горизонтальних напрямних станини 1, здійснюючи горизон­тальну (радіальну) подачу заготовки s_р. Поперечка 4 з'єднує стояки 2 і 6, забезпечуючи жорсткість верстата.

Рисунок 2.46 – Фрезерування зубців зубчастих коліс черв’ячною модульною фрезою

Верстат має чотири гітари змінних зубчастих коліс для досягнення пев­них швидкостей робочих органів. Гітара 9 призначена для настроювання частоти обертання фрези. За допомогою гітари поділу 11 (обкатки) заготовці надають потрібну колову швидкість для автоматичного отримання на ній потрібного числа зубців. Гітара 10 використовується для налагодження вер­тикальної подачі фрези або горизонтальної (радіальної) подачі заготовки.

При фрезеруванні прямозубих коліс потрібно настроювати ланцюги головного руху, поділу і вертикальної подачі. При настроюванні кінема­тичного ланцюга поділу слід забезпечити виконання умови, згідно з якою за один оберт фрези заготовка має повернутися на k/z оберту, де k - чис­ло заходів фрези, z - число зубців нарізуваного колеса.

Для фрезерування циліндричних коліс із гвинтовими зубцями крім за­значених вище ланцюгів треба настроїти також ланцюг диференціала.

Рисунок 2.47 – Загальний вигляд зубофрезерного верстата

Щоб утворився гвинтовий зуб, заготовка крім основного руху обкатки повинна мати додатковий рух обертання. Під час фрезерування колеса з прямими зубцями подача фрези здійснюється вздовж його осі і при кожно­му оберті заготовки фреза переміщується по вертикалі на s_в, мм. Щоб профрезерувати косий зуб, заготовка крім цього основного оберту має додат­ково повернутися на величину дуги МN (рисунок 2.48). З цією метою викорис­товується диференціал - механізм, який забезпечує додавання обертальних рухів, що передаються двома кінематичними ланцюгами: поділу і диферен­ціала.

Рисунок 2.48 – Утворення гвинтового зуба

При фрезеруванні зубчастих коліс черв'ячну фрезу треба встанови­ти під певним кутом нахилу до горизонтальної площини, який залежить від кутів нахилу гвинтової лінії фрези і нахилу зубців колеса, яке оброб­ляється.

Черв'ячні колеса фрезерують здебільшого методом радіальної подачі, при якому заготовка переміщується в напрямі до фрези в горизонтальній площині доти, доки між осями фрези і нарізуваного колеса не буде досяг­нуто потрібного розміру. В цьому разі потрібно настроювати ланцюги головного руху, поділу і горизонтальної (радіальної) подачі.