1.4. Зубодолбление Зубодолбление долбяками

Зубодолбление применяют для черновой и чистовой обработки зубчатых колес с внутренним и внешним зубьями, многовенцовых зубчатых колес, закрытых зубчатых венцов с внешним зацеплением, если малый зазор для выхода инструмента не позволяет применять другие методы обработки зубчатых реек, шевронных колес без канавки. Однако в большинстве случаев зубодолбление уступает зубофрезерованию червячными фрезами по производительности и точности, но в ряде случаев зубодолбление имеет явные преимущества по сравнению с зубофрезерованием. Основное преимущество зубодолбления по сравнению с обработкой червячной фрезой - меньшая огранка эвольвентного профиля малозубых колес. Кроме того, зубодолбление значительно экономичнее зубофрезерования при нарезании зубчатых колес малой ширины, у которых длина врезания фрезы больше ширины нарезаемого зубчатого венца, а также при обработке зубчатых секторов из-за потерь времени холостого хода.

Во всех случаях, когда нельзя применить зубофрезерование, нарезание долбяками успешно используется как в поточно-автоматизированном, так и в единичном производстве зубчатых колес. В настоящее время существует много моделей зубодолбежных станков, на которых можно обрабатывать зубчатые колеса, начиная с диаметра 1,5 мм и модуля 0,1 мм до крупногабаритных колес диаметром до 7 м, модулем более 25 мм и шириной зубчатого венца до 1,5 м.

Точность нарезания зубчатых колес долбяками зависит от станка, точности инструмента, жесткости и точности оснастки, от обрабатываемого материала, точности заготовки и квалификации оператора. На зубодолбежных станках улучшенной конструкции для обработки цилиндрических колес с наибольшим диаметром 250 мм и модулем 6 мм можно при нарезании колес меньшего диаметра и модуля достичь 6-й степени точности. В зависимости от материала и числа проходов при чистовом зубодолблении можно получить шероховатость поверхностей зубьев Ra = 0,8 - 1,6 мкм.

Зубодолбление можно производить на заготовках, имеющих сравнительно высокую твердость. Штампованные заготовки зубчатых колес из легированной стали, подвергнутые термической обработке, можно нарезать при HRC 43. Литые стальные заготовки с содержанием углерода около 0,4 % можно обрабатывать с максимальной твердостью HRC_Э приблизительно равной 25. Кроме того, в промышленности накоплен опыт чистового зубодолбления твердосплавными долбяками зубчатых колес из труднообрабатываемых сталей и сплавов твердостью HRC_Э 42 – 61.

При зубодолблении приозводится зацепление производящего колеса - долбяка и нарезаемого колеса. Зуборезный долбяк представляет собой по форме зубчатое колесо с прямыми или косыми зубьями. В процессе резания долбяк совершает прямолинейное (для прямозубых колес) или винтовое (для косозубых колес) возвратно-поступательное движение от копира и вращается вокруг своей оси (рис. 1.16). При врезании долбяк получает радиальную подачу.

Зубодолбление можно производить за один или несколько проходов в зависимости от модуля, твердости материала, точности и шероховатости обрабатываемых зубьев. В зависимости от числа проходов и мощности станка зубодолбление выполняется в одну или две операции - черновое и чистовое зубодолбление.

Рис. 1.16. Схема нарезания зубчатого колеса долбяком: 1 - обрабатываемое колесо; 2 - долбяк

Число зубьев долбяка не должно быть кратным числу зубьев обрабатываемого колеса. Если долбяк косозубый, то его параметры должны быть согласованы с имеющимся на зубодолбежном станке копиром. Диаметр долбяка следует выбирать максимально возможным. Высокие точность и стойкость достигаются при работе долбяком, имеющим размеры, при которых за один оборот заготовка делает два оборота.

При обработке зубчатых колес с буртами, препятствующими свободному выходу долбяка за край зубчатого венца, предусматривается достаточной ширины канавка для выхода долбяка. Необходимые размеры канавки для выхода долбяка (рис. 1.17) определяются по формулам b  h tg  + l,5 - 2,0 мм - для прямозубых колес; b  h tg  + р_п sin + 1,5 - 2,0 мм — для косозубых колес, где h – полная высота зуба детали;  - передний угол долбяка; р_п - нормальный делительный шаг зубьев колеса;  - угол наклона линии зуба.

а)	б)
Рис. 1.17. Канавки для выхода долбяка: а) – прямозубого; б) – косозубого

При нарезании венцов с внутренним зацеплением на деталях со свободным выходом долбяка из зацепления необходимо предусматривать минимальную ширину канавки (рис. 1.18). Однако во всех случаях канавку следует предусматривать как можно более шире, чтобы обеспечить достаточное пространство для стружки, предотвратить повреждение нижнего торца канавок и избежать ударов зубьев долбяка.

Рис. 1.18. Величина выхода прямозубого и косозубого долбяков при долблении внутренних венцов: 1 - прямозубый долбяк;

2 - косозубый долбяк; с - величина врезания долбяка (2 - 4 мм); b - ширина канавки для выхода долбяка

Зубчатые венцы со ступицей, затрудняющей выход долбяка при обкаточном движении, обрабатывают другим методом (рис. 1.19). Вначале в каждой впадине зуба сверлят отверстие (рис. 1.19а). Диаметр сверла следует выбирать таким, чтобы обеспечить минимальный (0,2 - 0,3 мм) припуск на сторону. Долбление зубьев производят специальным долбяком, зубья которого свободно входят в отверстие с зазором по вершине и боковым сторонам с = 0,2 - 0,3 мм (рис. 1.19б), сначала с одной стороны (рис. 1.19в), затем - с другой (рис. 1.19г). Обработку ведут без обкатки на специальных станках.

а)	б)	в)	г)
Рис. 1.19. Схема обработки внутреннего зуба зубчатого колеса со ступицей: а) - после сверления отверстий во впадинах зуба; б) - положение зуба долбяка в просверленном отверстии; в) - положение долбяка при обработке одной стороны зуба; г) - соединение впадины зуба с наружным зубом сопряженного колеса; 1 - ступица; 2 - зубчатый венец; 3 - долбяк

Долбяки зуборезные чистовые по ГОСТ 9323 – 79 разделяются на дисковые, чашечные и хвостовые.

Дисковые долбяки имеют наиболее широкое применение и менее дороги по сравнению со стоимостью других конструкций (рис. 1.20).

Дисковые долбяки используют при нарезании прямозубых колес с внешними и внутренними зубьями, а также блочных колес у которых вторые венцы выступают по отношению к обрабатываемому венцу на расстояние, не превышающее 4 - 5 модулей. Ограничивает это расстояние крепежная гайка, выступающая за нижнюю торцовую плоскость зубьев долбяка. Изготовляют дисковые косозубые долбяки с правым и левым направлением зубьев.

а)	б)
Рис. 1.20. Дисковые долбяки: а) - косозубый, б) - прямозубый

Чашечные долбяки (рис. 1.21) применяются, когда необходимо обеспечить зазор между гайкой, закрепляющей долбяк, и заплечиком или креплением изделия.

Рис. 1.21. Чашечный прямозубый долбяк

Чашечные прямозубые долбяки используют при нарезании прямозубых колес с сильно выступающими вторыми венцами или буртами (более 4 - 5 модулей). У долбяков этого типа крепежная гайка располагается выше торца зубьев долбяка.

Хвостовые долбяки используют в основном при нарезании зубчатых колес малого диаметра с внутренними зубьями: прямозубые долбяки (рис. 1.22а) - для прямозубых колес, косозубые долбяки (рис. 1.22б) - для косозубых колес.

Стандартные зуборезные долбяки изготовляют с износостойким покрытием и без него. Износостойкое покрытие обеспечивает повышение стойкости долбяков за весь срок эксплуатации в 2 раза при одинаковой производительности по сравнению со стойкостью аналогичных долбяков без износостойкого покрытия.

а)	б)
Рис. 1.22. Хвостовые долбяки: а) - прямозубый, б) - косозубый

Косозубые долбяки бывают такой же конструкции, как и прямозубые. При нарезании косозубых колес с внешними зубьями применяются долбяки разноименного направления линии зубьев. Если нарезаются колеса с внутренними зубьями, то долбяк по отношению к нарезаемому колесу имеет одноименное направление линии зубьев. Делительные углы наклона винтовых линий долбяка и нарезаемого колеса должны быть одинаковыми. Винтовая направляющая имеет такой же ход и направление винтовой линии, какой имеется у долбяка. Долбяки бывают двух типов: Феллоу и Сайке, различающиеся только формой заточки.

Долбяки типа Феллоу имеют заточку, при которой передняя поверхность располагается перпендикулярно направлению зуба (рис. 1.23). Долбяки типа Сайке применяются для нарезания шевронных колес, не имеющих канавки в середине колеса для выхода инструмента. Нарезание таких колес производится двумя спаренными долбяками, передние поверхности которых располагаются в плоскости, перпендикулярной оси долбяка, что позволяет режущим кромкам долбяка доходить точно до середины плоскости обрабатываемого колеса. Кроме того, заточка типа Сайке позволяет получить на обеих сторонах зуба долбяка одинаковые передние углы.

Рис. 1.23. Дисковый долбяк типа Феллоу для косозубых колес

В ряде случаев для нарезания зубчатых колес с модифицированным профилем зубьев применяются специальные долбяки, пригодные для обработки одной детали или группы детален. К числу таких долбяков относятся долбяки с протуберанцем, долбяки для снятия фасок на продольных кромках зуба, долбяки с фланком и долбяки со скругленной вершиной зуба.

Долбяки с протуберанцем (рис. 1.24а) применяются для образования переходной кривой зуба с поднутрением при получистовом нарезании зубьев под шевер или под зубошлифование.

а)	б)
в)	г)
Рис.1.24. Формы зуба долбяка: а) – зуб долбяка с протуберанцем и переходная кривая нарезаемого зуба колеса с поднутрением; б) – зуб долбяка со скосом для образования фасок на вершинах зубьев нарезаемого колеса; в) – зуб долбяка с фланком для образования модификации профиля головки зуба нарезаемого колеса; г) – зуб долбяка со скругленной вершиной и полностью скругленное дно впадины нарезаемого зубчатого колеса

Снятие фасок на продольных кромках зубьев (рис 1.24б) производят для предотвращения выжимания небольших заусенцев к поверхности вершин зубьев при шевинговании, а также для устранения шума и стуков, возникающих вследствие того, что при отсутствии фаски забоины обычно появляются в точке А; если же на продольных кромках зубьев снята фаска, забоина образуется в точке Вив зацеплении не участвует.

Для образования среза на кромках вершин зубьев применяются долбяки с фланкированными зубьями (с утолщением ножки зуба, рис. 1.24в). Срез вершин зубьев колеса преследует цель уменьшить динамическую нагрузку в зацеплении, вызываемую погрешностями изготовления зубьев, а также повысить плавность работы передачи.

Когда требуется полностью скругленная поверхность впадин зубчатого колеса (рис. 1.24г), применяются долбяки со скругленной вершиной.

Режимы резания при обработке зубьев на зубодолбежных станках зависят от обрабатываемого материала, шероховатости и точности обрабатываемых зубьев, от модуля, критерия износа и стойкости долбяка. Режимы резания обычно рассчитаны на применение быстрорежущего инструмента с охлаждением его при обработке стальных деталей сульфофрезолом. В первом приближении подача и скорость резания могут быть приняты в соответствии с рекомендациями отраслевых или общемашиностроительных нормативов режимов резания и времени для технического нормирования зуборезных работ [5]. Оптимальные режимы резания устанавливаются на основе скоростно-стойкостных испытаний, проводимых в процессе пробного нарезания зубчатых колес.

Основное время зубодолбления определяется по формуле

t_O = ,

где z - число зубьев нарезаемого колеса; n - число двойных ходов долбяка в 1 мин; S - круговая подача, мм/дв. ход; i – количество рабочих ходов; h₁ - высота нарезаемого зуба, мм; S_рад - радиальная подача, мм/ход.

Причины типичных погрешностей нарезания зубьев долбяками следующие.

1. Погрешность профиля зубьев, отклонение шага зацепления

(см. рис. 1.14а), непрямолинейность контактной линии косых зубьев. Причины появления погрешностей при обработке прямых и косых зубьев - погрешность профиля зубьев долбяка (по затылованным поверхностям), отклонение угла, непрямолинейность и перекос образующих передней поверхности долбяка при заточке; циклические погрешности делительных пар станка.

2. Местное отклонение профиля у ножки зуба (см. рис. 1.14б) или контактной линии косых зубьев, неравномерность шагов зубьев. Причины появления погрешностей - неправильный выбор долбяка, затупление уголков зубьев долбяка, местная погрешность шагов зубьев делительных колес станка, местные погрешности шага зубьев долбяка, циклические погрешности делительных червяков, нестабильность фиксации механизма отвода долбяка (колеса) на рабочем ходу.

3. Накопленная погрешность шагов зубьев, колебание длины общей нормали, радиальное биение зубчатого венца (см. рис. 1.14e). Причины появления погрешностей - накопленная погрешность шагов делительных колес станка (биение зубчатого венца отсутствует), накопленная погрешность шага зубьев долбяка, радиальное биение долбяка на станке, эксцентриситет и перекос передней поверхности долбяка при заточке, перекос передней поверхности долбяка на станке, эксцентриситет установки колеса на станке не влияет на колебание длины общей нормали.

4. Погрешность направления зубьев, симметричная по обоим профилям, ко-нусообразность зубьев (см. рис. 1.14д). Причина появления погрешностей - непараллельность направления движения инструментального шпинделя оси вращения колеса в его. радиальной плоскости.

5. Погрешность направления зубьев в одну сторону по обоим профилям (без конусообразности, см. рис. 1.14е). Причина появления погрешности при обработке прямых колес - непараллельность направления движения инструментального шпинделя оси вращения колеса в плоскости, касательной к последнему; при обработке косых зубьев - несоответствие и неточность винтовых направляющих, непараллельность направления движения инструментального шпинделя оси вращения колеса в плоскости, касательной к последнему.