3. Обработка зубьев цилиндрических колес и инструменты

Большинство зубчатых колес имеют цилиндрическую форму и зубья эвольвентного профиля, т. е. боковые контактирующие поверхности зубьев в сечении, перпендикулярном оси вращения колеса, оформлены по эвольвенте.

Эвольвента — плоская кривая с переменным радиусом кривизны, которая представляет собой траекторию движения неко-

т орой точки на прямой, обкатывающейся без скольжения по окружности. У зубчатого колеса эта окружность называется основной окружностью, т. е. окружностью, от которой образуется эвольвента (рис. 16.7) [10].

Рис. 16.7. Эвольвентная кривая: а — построение эвольвенты; б — расчетная схема

Характерной особенностью эвольвенты является переменность угла профиля а_м и радиуса кривизны р_м в каждой ее точке. Угол профиля стандартного эвольвентного зацепления а = 20°. Окружность, проходящая через точку эвольвенты с углом профиля а = 20°, называется делительной окружностью.

Часть диаметра делительной окружности, приходящаяся на один зуб, называется модулем зубчатого зацепления, мм, (модуль зуба) где г — радиус делительной окружности, мм; X — число зубьев зубчатого колеса.

Модуль зуба является условной величиной, которая используется как масштаб для выражения параметров зубчатых колес.

Расстояние между двумя соседними одноименными точками сторон профиля зубьев по делительной окружности называется шагом зубчатого колеса, мм:

„ 2кг пй пт2 Р = ш—т — = ——- = пт.

2 2 2

Здесь (1= 2г= 2т диаметр делительной окружности, мм.

Поскольку модуль — величина конечная, то при бесконечно большом числе зубьев колеса (2-> оо) диаметр делительной окружности также будет бесконечно большим (*/-» оо), т. е. делительная окружность превратится в прямую линию, зубчатое колесо — в прямую рейку, а эвольвента бокового профиля зуба — в прямую линию. При этом с рейкой данного модуля может находиться в зацеплении любое зубчатое колесо такого же модуля независимо от числа зубьев на нем. В процессе зацепления начальная (она же делительная) окружность колеса обкатывается по начальной (делительной) прямой рейке, а угол профиля зуба рейки становится равным углу зацепления.

Стандартом установлено понятие исходного контура зубчатой рейки (рис. 16.8) [10], основными параметрами которого для эвольвентного зацепления являются следующие:

• угол профиля а = 20°;

• коэффициент высоты головки зуба Н_а = т;

• коэффициент высоты ножки зуба И,= 1,25/и;

• коэффициент рабочей высоты 1|||§ я 2т;

,• шаг зубьев Р= пт;

• толщина зуба (5) и ширина впадины (/): 5= / = 0,5Р= 0,5пт.

Рис. 16.8. Исходный контур зубчатой рейки

Зубья цилиндрических колес могут нарезаться двумя методами:

1. копирования;

2. обкаточного огибания.

При методе копирования профиль режущих кромок инструмента лютостью соответствует профилю впадины между зубьями колес. По методу копирования работают фасонные дисковые и пальцевые фрезы, зубодолбежные многорезцовые головки, протяжки. Метод копирования реализуется простой кинематикой станка, однако он не обеспечивает высокой точности нарезания зубьев из-за сложности точного изготовления фасонной режущей части инструмента и погрешностей установки его относительно заготовки.

Метод обкаточного огибания базируется на том, что центроиды инструмента и нарезаемого колеса катятся друг по другу без скольжения, а профиль нарезаемых зубьев формируется как огибающая различных положений режущих кромок при зубона- резании (рис. 16.9, 16.10) [11, 13].

Ф

Рис. 16.9. Схема формообразования зубьев цилиндрического колеса червячной фрезой (методом огибания);

, , 1 — фреза; 2— нарезаемое дашвО«.

орма режущих зубьев у этих инструментов не совпадает с профилем впадин между нарезаемыми зубьями. Она определяется путем специальных расчетов. Инструменты, работающие по методу обкаточного огибания, обладают определенной универсальностью. Ими можно нарезать зубчатые колеса данного модуля с различным числом зубьев, а точность нарезаемых колес бо- лее высокая, чем точность колес, обработанных методом копирования. Недостатками этого метода являются более сложная конструкция режущих инструментов и сложная кинематика зуборезных станков.

Р ис. 16.10. Схема формообразования зубьев цилиндрического колеса долбяком (методом огибания||

|— долбяк; 2— нарезаемое колесо

Проектирование зуборезных инструментов заключается в определении формы и размеров режущих зубьев и геометрических параметров режущей части. Оно базируется на законах зацепления зубчатых передач.

Основные параметры зубьев зуборезных инструментов задаются параметрами исходной инструментальной рейки. Однако между исходными контурами зубчатой рейки и зуборезных инструментов могут быть существенные различия, особенно когда инструменты предназначаются для нарезания колес с измененным (модифицированным) профилем зуба.

К числу зуборезных инструментов, работающих по методу копирования, относятся дисковые и пальцевые модульные фрезы, зуборезные головки и протяжки. Дисковые и пальцевые фрезы целесообразно использовать в мелкосерийном и индивидуальном производстве. Зубодолбежные головки и протяжки имеют сложную конструкцию, большую трудоемкость изготовления и ограниченно применяются на специальных станках в массовом производстве.

Схемы нарезания зубьев колес дисковыми и пальцевыми модульными фрезами представлены на рис. 16.11 [10]. Дисковые зуборезные фрезы в основном применяются для нарезания прямозубым (реже косозубых) колес с модулем т = 0,36...26,0 мм на универсально-фрезерных станках с делительным устройством. Заготовка устанавливается в специальном приспособлении, расположенном на делительном устройстве, и ей сообщается движение подачи, параллельное продольной оси.

Дисковой фрезе сообщается вращение вокруг своей оси (главное движение). Фреза врезается в заготовку на глубину

Рис. 16.11. Способы нарезания Зубри копирования:

а — дисковой модульной фрезой; б — пальцевой модульной фрезой

впадины и со скоростью продольной подачи перемещается вдоль впадины до выхода из заготовки. Затем заготовка возвращается в исходное положение, делительным устройством производится ее юворот на один окружной шаг и повторяется процесс нарезания следующей впадины. Такой процесс зубона- резания имеет простую кинематику, не требует специальных зуборезных станков и сложной наладки. Однако он малопроизводительный и имеет низкую точность (9, 10-ю степень точности) Из-за погрешностей деления и установки фрезы относительно заготовки.

Зубья фрезы в большинстве случаев имеют затылованную заднюю поверхность для создания на ней задних углов (а). Переточка зубьев ведется по передней грани и не представляет трудностей. Однако из-за необходимости иметь большой при« пуск на переточку число зубьев у таких фрез небольшое, что отрицательно влияет на производительность обработки и качество обработанной поверхности.

Основные размеры зуборезных фрез выбираются так же, как для обычных дисковых фасонных фрез. Наружный <1_а и посадочный й_олв диаметры стандартных фрез определяются по эмпирическим формулам

<4- 43,5/я⁰;⁵; </_отв = ИЙ»» 16/я^0,36,

Для упрощения изготовления и переточки зубья фрез заты- луются по архимедовой спирали. Передний угол у стандартных фрез принимается равным нулю, что упрощает изготовление, переточку и контроль профиля фрез, но не является рациональным с точки зрения процесса резания. Значение заднего угла в нормальном сечении изменяется по длине боковых режущих кромок и может доходить до 1,5° даже при больших его значениях на самой вершине зуба (а_в = 12... 15^е).

При нарезании зубчатых колес больших модулей необходимо удалять большие объемы металла из впадин. Поэтому обработку целесообразно вести в два прохода: черновом (предварительном) и чистовом. Для чернового фрезерования применяют фрезы с упрощенным профилем зуба — прямобочным ига трапециевидным. Они оснащаются вставными ножами с напайными твердосплавными пластинками. Зубья выполняются не затылованны- ми, а острозаточенными. Это позволяет увеличить число зубьев и значение задних углов до оптимальной величины, производить переточку как по передней, так и по задним граням, повысить стойкость и производительность фрез. Передние углы делают положительными, величиной у = 10...15°,

Для чернового нарезания используют наборы из 2—4 фрез, установленных на одной оправке (рис. 16.12) [10]. Каждая фреза удаляет определенную часть металла из впадины между зубьями колеса. После прохода набора фрез заготовка колеса поворачивается с помощью делительного устройства на один зуб и производится очередной проход. Снимаемый припуск делится между фрезами в наборе. Окончательное формирование профиля впадины осуществляется чистовой фрезой со снятием небольшого припуска, что повышает точность нарезаемых колес и стойкость фрез.

Рис. 16.12. Набор из трех дисковых фрез для чернового нарезания зубчатых колес: 1—3 — номер фрезы в наборе и припуск, снимаемый соответствующей фрезой

Пальцевые зуборезные фрезы представляют собой концевые фрезы с фасонным профилем режущих кромок. Они применяются для нарезания колес с прямыми, косыми и шевронными зубьями больших модулей (т = 10...100 мм). Пальцевые фрезы крепятся на шпинделе станка консольно с помощью резьбы с базированием по точному цилиндрическому пояску (рис. 16.13) [10]. Это обеспечивает совпадение оси фрезы с осью шпинделя фрезерного станка. В процессе работы ось фрезы совмещена с линией симметрии впадины между зубьями нарезаемого колеса. Фрезе сообщается главное движение — вращение. Движение подачи сообщается заготовке или фрезе, таким образом осуществляется относительное продольное перемещение фрезы вдоль зуба нарезаемого колеса.

Рис. ШЗ. Пальцевая зуборсйнач фреза

Диаметральные размеры пальцевых фрез определяются размерами впадины между зубьями колеса, т. е. модулем зубьев. Они изготавливаются диаметром от 40 до 220 мм с четным числом зубьев от 2 до 8.

Пальцевые фрезы бывают черновые (для предварительной обработки) и чистовые (для окончательной обработки). Черновые фрезы затачивают с положительным передним "рампад до 8^е и прямолинейной формой режущих кромок. Для деления стружки по ширине на режущих кромках делают стружкоделительные канавки, расположенные на соседних зубьях в шахматном порядке. Зубья у фрез с модулем т > 30 мм делают с приварными режущими пластинками и острозаточенными,

а не затылованными, что обеспечивает получение рациональных задних углов.

Профиль режущих кромок чистовых пальцевых фрез для нарезания прямозубых колес совпадает с профилем впадины между зубьями колеса. При нарезании косозубых колес точки контакта зубьев фрезы с заготовкой лежат на боковых винтовых поверхностях зубьев в разных плоскостях. Профиль впадины и нарезаемого зуба образуется как огибающая различных положений профиля фрезы. Профиль режущих кромок фрезы не совпадает с профилем впадины между зубьями. Он определяется путем сложных графоаналитических расчетов. Зубья чистовых пальцевых фрез делают, как правило, затылованными, что обеспечивает небольшое изменение заднего угла по длине режущей кромки, а также небольшое изменение диаметра и профиля фрезы при переточке по передней грани. Для упрощения изготовления, переточки и контроля передние углы у чистовых фрез принимают равными нулю.

Пальцевые фрезы являются специальным инструментом и серийно не изготавливаются. Их достоинством является возможность использования при нарезании зубчатых колес больших модулей на универсально-фрезерных станках. Нарезание шевронных колес без канавки для выхода инструмента можно производить только пальцевыми фрезами. Недостатками пальцевых фрез являются низкая производительность и небольшая точность нарезаемых колес, которые обусловлены малым числом зубьев фрезы, нежесткостью консольного крепления, большими силами резания из-за большого угла контакта с заготовкой и большой ширины срезаемого слоя, погрешностями профиля фрезы при переточках, погрешностями установки и механизма деления.

Червячные зуборезные фрезы представляют собой многолезвийный инструмент реечного типа, работающий по методу обкатки (обката). Их можно представить в виде червяка, вдоль оси вращения которого прорезаны стружечные канавки (рис** 16.14). На пересечении канавок с витками червяка формируются передние поверхности режущих зубьев в виде рейки. Задние углы на зубьях создаются, как. правило, затылованием для облегчения переточки фрез ® передней грани.

Процесс зубонарезания червячной фрезой по Кинематике можно уподобить процессу зацепления червяка, в качестве которого выступает фреза, и зубчатого колеса, оси которых скрещиваются в пространстве под некоторым углом т = 90°-Я (рис. 16.15) [13].

К

Рис. 16.14. Червячная модульная фреза

а

Рис. 16.15. Схемы нарезания зубчатых колес с прямыми (а, б) и косыми (в) зубьями на зубофрезерном станке:

Т г* червячная фреза; 2 — заготовка

инематика процесса фрезерования цилиндрических зубчатых колес червячной фрезой состоит из нескольких движений:

1. вращения фрезы вокруг ЯНЕК бей фвЗЕшноЁ движение Д), определяющего скорость резания;

2. перемещения вдоль продольной оси нарезаемого зубчатого колеса (движение продольной подачи /)_5в);

3. вращения заготовки вокруг своей оси (движение круговой подачи Э_5кр).

Обработка ведется ш специальных зубофрезерных станках, обеспечивающих все указанные движения.

23- 1924

Вращение фрезы и продольная подача кинематически не связаны друг с другом. Частота вращения фрезы и величина продольной подачи на один оборот заготовки определяются выбранными режимами резания. Вращение же червячной фрезы и заготовки кинематически связаны такими же передаточными отношениями, как и в червячной передаче. За один оборот фрезы заготовка поворачивается вокруг своей оси на г/2_х оборота |1число заходов фрезы, ~ число зубьев нарезаемого колеса). Профиль впадин между зубьями, а значит, и профиль зубьев, формируется как огибающая различных положений всех зубьев фрезы, принимающих участие в процессе резания. При использовании однозаходной червячной фрезы за один ее оборот полностью обрабатывается одна впадина между зубьями колеса. За один оборот многозаходных фрез полностью обрабатывается число впадин, равное числу заходов фрезы.

При нарезании цилиндрических колес с прямыми зубьями (рис. 16.15, б) ось червячной фрезы устанавливается относительно плоскости, перпендикулярной оси заготовки, под углом X, равным углу подъема витков червячной фрезы со. При нарезании цилиндрических колес с косыми зубьями (рис. 16.15, в) ось фрезы устанавливается под утлом р, где р г- угол наклона

нарезаемых зубьев к оси шн, Знак «+» принимают при наклоне зубьев колеса и фрезы в разных направлениях, «-» — при наклоне в одном направлении.

Дця формирования кишётй основному движению круговой подачи необходимо дать дополнительное вращение, ускоряющее или замедляющее травное движение. Основное движение (вращение заготовки! зарданг от отношения числа заходов червячной фрезы к зубьев нарезаемого колеса, а

дополнительное вращение — от угла наклона нарезаемых зубьев. ЕШИ направления винжшШ линий зубьев колеса и фрезы одинаковы, то дополнительное движение должно ускорять основное вращение заготовки, Веди; же направления винтовых линий различны, то дополнительное вращение должно быть направлено против основного ВрвЩШИЛ Ж айШЩЛять вращение заготовки.

Фрезерование зубчатых колес черврщщии фрезами широко применяется благодаря универсальности, высокой производительности и точности. Одной фрезой определенного модуля можно нарезать колеса с различным числом зубьев. По точност-

ным параметрам червячные фрезы изготавливают классов ААА и АА (прецизионные), А, В, С и Д (общего назначения). Ими нарезают зубчатые колеса от 5 до 9-й степеней точности.

Червячные фрезы подразделяют по следующим признакам:

• по числу заходов червяка — на однозаходные и многоза- ходные;

• по направлению витков —г на правые (для нарезания прямозубых и косозубых правозаходных колес) и левые (для нарезания косозубых левозаходных колес);

• по способу крепления — насадные и хвостовые (для червячных колес);

• по конструкции — цельные и сборные;

• по технологии изготовления — с нешлифованными и шлифованными поверхностями зубьев.

Наружный диаметр червячной фрезы й_а влияет на точность и производительность обработки — с его увеличением они повышаются. Однако при этом увеличивается расход инструментального материала, крутящий момент, потребляемая мощность и время на врезание. Поэтому стандартом рекомендуются следующие диаметры фрез:

• для фрез общего назначения с модулем /я*= 1...25 мм й_а- «= 40...250 мм; *■

• для прецизионных фрез с модулем т = 1...10 мм с1_а = *= 71... 180 мм;

• для сборных фрез с т = 8...25 мм й_а = 180...340 мм.

Диаметр оправки с1_{ (или посадочного отверстия с!_огв) определяют по соотношению */, = (0,2...0,45)</_в или по экспериментальным формулам

с1_х = 20/и^0,373 — для фрез нормальной точности;

4 = 27/я^0,4 — для фрез повышенной точности. _|

Расчетное значение округляется до ближайшего диаметра нормального ряда.

Длина фрезы должна обеспечивать полное профилирование зубьев нарезаемого колеса и резание без перегрузки крайних зубьев фрезы.

Передний угол на вершинной режущей кромке чистовых фрез обычно берется равным нулю для удобства изготовления, переточки и контроля профиля. Задний угол получают затылова- нием и принимают равным а_в = 10... 12°. У черновых фрез передний угол может быть равным у = 10... 15°.

23*

На боковых режущих кромках передние Ш задние углы значительно меньше по величищ, чем на вершинной кромке, и не являются рациональными по стойкости. Например, у стандартной червячной фрезы для нарезания зубчатых колес с углом зацепления 20° передний угол у_в= 12^е, задний угол а_в= 10... 12°, а в нормальном к боковой кромке сечении у„= 2°30', 2°30'...3°.

Червячные фрезы являются сложным в изготовлении и дорогим инструментом. Поэтому повышение его стойкости и соответственно скорости резания за счет применения новых инструментальных материалов может дать значительный эффект. Например, при обработке высокопрочного чугуна, закаленных сталей, хрупких материалов, пластмасс эффективно применение твердосплавных фрез и фрез, оснащенных композитами.

Режимы резания червячными фрезами [7] обычно назначают, исходя из требований обеспечения заданного качества обработки (точности и состояния поверхностного слщ!, а также минимальных щрнг на обработку (технологической себестоимости). При этом за основу принимается значение допустимого износа зубьев фрезы по задней поверхности (А₃) и соответствующая этому износу стойкость фрезы.

Для черновой и получистовой обработки А₃ = 0,2...0,4 мм (колеса с модулем зубьев т = 1...10 мм). Соответственно стойкость фрез при черновой и получистовой обработке сталей Т= = 240...720 мин, чугуна — Т= 540... 1440 мин. При чистовой обработке сталей Г=240...360 мин, чугуна — Г=480...720 мин. Для чистового нарезания зубьев 6-й степени точности и выше А₃ не должно превышать 0,05 мм.

Глубина резания назначается, исходя из числа повторных проходов, необходимых для обработки впадины между зубьями. Цилиндрические колеса с модулем т < 2 мм нарезаются за один проход, а при т > 2 мм — за два-три прохода. При двух черновых проходах обычно глубина фрезерования распределяется следующим образом: /, = 1,4/и, /₂ = 0,8т.

Величина подачи, как правило, ограничивается мощностью главного привода станка при черновом нарезании, шероховатостью и волнистостью поверхности зубьев при чистовом нарезании. Подача выбирается по соответствующим таблицам справочников. Так, например, для обеспечения шероховатости Кг < 10 мкм при обработке зубчатых колес из стали 45 твердостью НВ = 1700...2100 МПа, модулем т « 2,5...4 мм подача на оборот заготовки ^ ■ 0,9...1,2 мм/об.

Скорость резания, м/мин, определяется расчетом по эмпирической формуле следующего вида:

у _ Су

где С_у— коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала (обрабатываемость); НВ — твердость обрабатываемого материала по Бринеллю, МПа; Х_у, У_у, 2 — степени, определяемые экспериментально. При НВ = 1600...2400 МПа Х_к=0,3, К_к=0,5, 2= 0,1- При НВ я 2500...3000 МШ, 4* 0,4*

0,5, 0 = 2,5, 2=0,4.

Эффективная мощность резания, кВт, (на шпинделе станка) рассчитывается по формуле

' Р₂У

^эфф 1000 - 60 *

Здесь Р₂ — окружная составляющая силы резания, Н, определяемая по эмпирической формуле

Р₂ = 0,8 • С_рт ^и I ГГ⁰’²⁸ К₃ К_м,

где С_р — коэффициент, учитывающий влияние постоянных факторов на силу резания (С_р« 15); К₃ — коэффициент, учитывающий заходность фрезы (при / = 1 К₃ = 1; при 2 К₃ = 1,6); К_м — коэффициент, учитывающий твердость материала зубчатого колеса (для стали 45 К_м = 1).

Необходимую мощность главного привода станка находят с учетом его КПД (ц):

м

АГ _ ^У эфф ■,^ТЯ

Ц

и согласуют с паспортными данными станка.

Зуборезные долбяки представляют собой режущие инструменты в виде зубчатых колес, у которых вершины и боковые стороны зубьев снабжены передними и задними углами. На рис. 16.16 [13] показаны схемы нарезания зубчатых колес с наружными и внутренними зубьями на зубодолбежном станке.

Долбяк устанавливается на штосселе станка, и нарезание зубьев ведется по методу обкаточного огибания. Главное движение, определяющее скорость резания, долбяк совершает при пе-

б

*

Рис. 16.16. Схемы нарезания прямозубых (а, б) и косозубых (в) зубчатых колес с наружными (а, в) и внутренними (б) зубьями на зубодолбежном станке:

1 — долбяк; 2 — нарезаемое колесо (заготовка); 3 — копир

а

ремещении вниз вдоль оси заготовки. Затем долбяк отводится на небольшое расстояние 5_ХХ от заготовки, чтобы не происходило трения задней поверхности об обработанную поверхность, совершает холостое движение вверх и поворот совместно с заготовкой (аналогично зацеплению двух зубчатых колес).

Таким образом, долбяк совершает возвратно-поступательное движение относительно заготовки и вращательное движение вокруг своей оси совместно с вращением заготовки. Скорость взаимного вращения заготовки и долбяка определяет круговую подачу и толщину слоя, срезаемого боковыми режущими кромками. Величина круговой подачи ^ измеряется по делительной окружности и имеет размерность [мм/дв.ход]. При врезании в заготовку в начале процесса зубодолбления долбяку сообщается радиальная подача $_р, мм/дв.ход.

Профиль зубьев нарезаемого колеса образуется как огибающая ряда положений режущих кромок долбяка относительно заготовки.

Долбяки предназначены для нарезания зубьев цилиндрических прямозубых, косозубых и шевронных колес, а также колес внутреннего зацепления. Зубодолбление является единственным способом нарезания зубьев «в упор» (на колесах с фланцами, блочных колесах и т. п.). Оно обладает высокой технологичностью, универсальностью, возможностью обеспечения высокой точности нарезаемых колес. Стандартные долбяки изготавливают в основном из быстрорежущей стали трех клас-

сов точности (АА, А и В) для нарезания колес 6, 7 и 8-й степеней точности соответственно. Недостатками долбяков являются ограниченность применяемости по числу зубьев нарезаемых колес, сложность кинематики зубодолбежных станков, невозможность работы с большими скоростями резания из-за возвратно-поступательного характера главного движения и больших сил инерции.

В

а б в

Рис. 16.17. Типы конструкций долбяков: а — дисковый; б — чашечный; в — хвостовой

машиностроении применяются три типа конструкций долбяков (рис. 16.17) [10]: дисковые, чашечные и хвостовые. Чашечные долбяки используют при нарезании зубьев «в упор», поэтому элементы крепления располагаются в специальной выемке. Нарезание колес внутреннего зацепления и колес небольшого модуля (т < 1 мм) производят хвостовыми долбяками малого диаметра, а для нарезания косозубых и шевронных колес применяют косозубые долбяки.

Важными геометрическими параметрами долбяка, влияющими на процесс резания и стойкость, являются передние и задние углы режущей части в нормальном сечении на вершине (у_в, а_в) и боковых режущих кромках (рис. 16.18) [10]. Следует иметь

в виду, что углы переменны по длине боковой режущей кромки. Например, у стандартных долбяков с а = 20°, Ш»2,5 мм, 2- 30 иу_в= 5° на окружности выступов у^= 2°36', а на окружности впадин ууу= 0°13\ Задние углы в нормальном сечении (а^) посто-

Рис. 16.18. Схема определения заднего угла в сечении, нормальном к боковой режущей кромке зуба долбяка

янны по всей длине режущей кромки и для приведенного примера при а_в = 6° составляют а_н = 2°4'. На практике для улучшения процесса резания и повышения стойкости долбяков передний угол у_в увеличивают до 15^е, а задний а_в — до 9°, тогда = 3^е.

Одним из важных параметров долбяка является число его зубьев Д которое зависит от модуля, диаметра и ширины зубчатого венца колеса, номинального делительного диаметра зубодолбежного станка. Для основных типов долбяков с модулем т = 0,2...50 мм установлены следующие ряды номинальных диаметров:

• дисковые долбяки: 75, 100, 125, 160, 200 мм;

• чашечные долбяки: 50, 75, 100, 125 мм;

• хвостовые долбяки (т = 1...4 мм): 25, 38 мм.

На практике наиболее часто применяются долбяки с номинальным диаметром делительной окружности 75... 100 мм при числе зубьев 15—75. С увеличением числа зубьев долбяка повышается его стойкость, запас на переточки и повышается точность нарезаемого колеса. При нарезании колес с внутренним зацеплением диаметр долбяка ограничен диаметром отверстия и число его зубьев обычно не превышает 15.

Для окончательной обработки цилиндрических зубчатых колес с модулем т = 0,2... 12 мм, имеющих прямые и винтовые зубья твердостью НКС ^ 35 (термически неупрочненные) применяют процесс шевингования (англ, зкюе строгать, скоблить). Шевингование повышает точность зубчатых колес примерно на одну степень за счет уменьшения погрешностей профиля зубьев, шага, направления зубьев и биения зубчатого венца, а также снижает шероховатость боковых поверхностей зубьев (с Ка = 3...2,5 мкм до Ка = 0,4...0,1 мкм). Шевингование рабочих поверхностей зубьев цилиндрических зубчатых колес выполняется путем снятия тонких стружек (толщиной 1...5 мкм) специальными высокоточными инструментами — шеверами, которые бывают дисковые, червячные и реечные.

Шевингование цилиндрических зубчатых колес в основном производится дисковыми шеверами, которые представляют собой зубчатые колеса, изготовленные из инструментальных материалов с большой точностью. На боковых сторонах зубьев шеве- ра сформированы стружечные канавки (рис. 11.19, 16.20) [10, 11], которые образуют режущие кроши на пересечении с боковыми поверхностями зубьев, и пространство для размещения стружки. Зубчатое колесо и шевер представляют собой в зацеплении передачу со скрещивающимися в пространстве осями (рис. 16.21, 16.22) [7; 10]. В процессе шевингования колесо и инструмент вращаются с угловыми скоростями со, и % соответственно, воспроизводя при этом зацепление винтовой передачи с

Рис. 16.19. Формы стружечных канавок шевера: а — общий вид; б, в — прямоугольные; г — трапецеидальные; д — сквозные пря- ^! моугольные или трапецеидальные. •»

Рис. 16.20. Контакт зубьев шевера и колеса: а — развертка сечения зуба шевера делительным цилиндром во впадине зуба колеса; б — передний и задний углы в случае, когда канавки перпендикулярны направлению зуба; в — а_к и у в случае, когда канавки параллельны торцу зуба

теоретическим точечным контактом. Фактическая площадь контакта в зоне резания имеет вид узкого овала, большая ось кото- рого расположена примерно вдоль зуба.

Угол наклона зубьев шевера к оси отличается от угла наклона зубьев обрабатываемого колеса, поэтому в процессе их обкатывания происходит скольжение боковых режущих поверхностей зубьев шевера и колеса друг относительно друга, которое сопровождается срезанием тонких стружек.

В процессе шевингования зубья шевера и колеса соприкасаются по некоторой площадке (пятну контакта), которая переме-

Рис. 16.21. Сзша шевингования зубьев: I— заготовка зубчатого колеса, 2 — шевер

Рис. 16.22. Установка шевера и обрабатываемого колеса на станке

Пятно контакта

ищется в процессе обкатывания по пространственной линии зацепления. Для обработки профиля зубьев колеса по всей поверхности необходимо сообщить шеверу продольную (5_пр) и радиальную (5р)

Для шевингования прямозубых колес обычно применяют шеверы с винтовыми правозаходными зубьями. Шевингование косозубых щщс производится прямозубыми шеверами при угле наклона зубьев колеса р|яг |й.,1$* или косозубыми шеверами с углом наклона зубьев шевера р₀, отличающимся от угла наклона зубьев обрабатываемого колеса.

Угол скрещивания осей шевера и колеса в общем случае будет

РНМ; Ат

Знак «+» берется для однонаправленных зубьев, знак «-» — для разнонаправленных зубьев.

Для косозубых правозаходных колес обычно применяют М* возаходные шеверы, для левозаходных колес — правозаходные шеверы.

Скорость резания (относительного скольжения зубьев шевера и зубьев колеса) при шевинговании прямозубых колес определяется по формуле

где К₀ — скорость вращения шевера; р₀ — угол ШШйШ Зубьев шевера.

При обработке: косозубых колес косозубыми шеверами скорость резания

Г^У_ск0±Г^_л'\

где У_ск0 = У₀ 81пр₀ — скорость скольжения вдоль зуба шевера; У_ск] я г, 31П р, — скорость скольжения вдоль зуба колеса; V\ = Р'осозр — окружная скорость колеса.

Знак «+» берется при одноименном, а знак «-» — при разноименном направлении винтовых зубьев шевера и колеса.

Скорость резания при шевинговании прямозубых колес пропорциональна $11 ^ т. е. для увеличения производительности желательно брать угол скрещивания осей р возможно большим. Однако при этом уменьшается пятно контакта, ухудшается качество обработанной поверхности, снижается точность обработки. Рациональным считается угол скрещивания р₀= 15...20^е. При обработке колес с фланцем или блоков зубчатых колес угол скрещивания приходится снижать до 3...5⁰.

В процессе шевингования шевер и обрабатываемое колесо находятся в беззазорном зацеплении, шевер вращается от привода станка, а колесо свободно вращается в центрах от шевера. Продольная подача сообщается столу станка (^р), на котором установлено обрабатываемое колесо. После каждого прохода по всему колесу направление продольной подачи меняется на обратное, направление вращения шевера также меняется, но может К не меняться. После каждого двойного хода стола с колесом для обработки зуба по всей высоте производится радиальная подача 5_р (в направлении сближения осей шевера и колеса). Припуск на шевингование 8 = 0,035 мм; 5'_пр = 0,1...0,15 мм/об; Яр = 0,02...0,04 мм/дв.ход; V* 10...40 м/мин; || в* |00...120 м/мин.

Шеверы изготавливают из быстрорежущих сталей Р6М5, Р6М5К5, Р18. Для обработки колес твердостью 35...48 ИКС и выше шеверы оснащают твердосплавными пластинками.

Червячные шеверы применяются для обработки червячных колес. Они представляю собой червяки таких же размеров, как 1 рабочие червяки, но имеют на боковых сторонах витков стружечные канавки, которые наносятся в радиальном направлении под углом 7... 10° долбежным резцом. Для выхода долбежного резца, формирующего режущие кромки шевера, у основания витков червяка делается винтовая канавка. Кинематика движения шевера такая же, как рабочего червяка в зацеплении с червячным колесом. Стружка снимается за счет проскальзывания боковых сторон витков червячного шевера по боковым сторонам зубьев обрабатываемого червячного колеса.

Шеверы-рейки применяются для обработки цилиндрических колес с прямыми и винтовыми зубьями. Они имеют сборную конструкцию, состоящую из отдельных зубьев рейки, установленных в специальном корпусе и закрепленных планками с торцов. Для обработки прямозубых колес применяют косозубые рейки, а для косозубых колес — прямозубые рейки. На боковых сторонах зубьев рейки наносят прямоугольные канавки, нормальные к направлению зубьев.

Шевер-рейка закрепляется на столе станка и совершает возвратно-поступательное движение. Обрабатываемое колесо устанавливается в центрах, вводится в зацепление с шевером и принудительно удерживается в плоскости траектории движения станка. В результате этого при вращении колеса происходит скольжение его зубьев относительно рейки и срезание микростружек. Шеверы-рейки имеют сложную конструкцию, большую трудоемкость изготовления и не получили широкого применения в производстве.

Для чистовой обработки зубчатых колес 5—7-й степеней точности применяют зубошлифование методом копирования или обкаточного огибания. Шлифование зубьев прямозубых цилиндрических колес методом копирования производится фасонными шлифовальными кругами с профилем в радиальном сечении, соответствующем профилю впадин между зубьями обрабатываемого колеса (рис. 16.23, а) [10] с последующим поворотом колеса на один зуб делительным механизмом станка.

'

(

V в г

*

Рис. 16.23, Методы зубошлифования:

а — копирования; б, в — обката двумя тарельчатыми кругами; г — обката абра- зивным червяком

При шлифовании методомобката режущая поверхность круга соответствует профилю зуба нормальной зубчатой рейки, обкатываемой по начальной окружности обрабатываемого колеса. Этот метод положен в основу обработки одновременно двумя кругами с делением через зуб (рис. 16.23, б), на каждый зуб (рис. 16.23, в), а также непрерывной обкатки абразивным червяком (рис. 16.23, г).

Шлифование методом обката производится двумя тарельчатыми кругами класса точности АА, основной частью которых являются прямолинейные боковые стороны, имеющие профиль прямозубой рейки. В процессе шлифования они контактируют с обрабатываемой поверхностью по небольшой площади и шлифуют зубья полосками шириной 2...3 мм за счет возвратно-поступательного движения кругов, а также совместного обкаточного движения заготовки и кругов. Зубошлифовальные станки имеют устройства для автоматической правки шлифовальных кругов и устранения погрешнйСШ ш их износа.

Шлифование зубьев абразивным червяком методом обката обеспечивает в 4—5 раз более высокую производительность, чем другие способы шлифования зубьев. Оно применяется для шлифования термически обработанных цилиндрических колес модулем менее 7 мм.

Зубья колес модулем менее 1 мм формируются только Шлифованием без предварительного нарезания. В этом случае профиль шлифовального абразивного червяка формируется на самом шлифовальном станке специальным роликом иди профильным алмазным резцом.

В крупносерийном и массовом производстве для снижения шероховатости и упрочнения поверхностного слоя зубьев пластическим деформированием, а также для удаления заусенцев в качестве окончательной обработки зубьев цилиндрических колес применяют обкатку закаленными мастер-колесами и притирку чугунными зубчатыми притирами. В последние годы все более широко используется зубохонингование, которое производится щ станках без жесткой кинематической связи инструмента и заготовки. Обработка происходит в процессе совместной обкатки зубчатого колеса и инструмента, сделанного из пластмассы в смеси с абразивным порошком в виде зубчатого колеса того же модуля, что и обрабатываемое колесо. При обкатке заготовка и инструмент совершают относительное осевое перемещение с небольшим и равномерным радиальным или окружным нагружением. Оси заготовки и инструмента устанавливают так, что они скрещиваются под небольшим углом. На некоторых станках инструмент (хон) совершает колебательное движение вдоль оси. При зубохонинговании возможно некоторое уменьшение погрешностей зубьев, возникших на предыдущих операциях.

Зубохонингование применяют для окончательной обработки цилиндрических зубчатых колес 5—10-й степени точности с т = 2...6 мм, диаметром */=30...500 мм и шириной венца до 150 мм. Снимаемый припуск составляет до 0,02...0,03 мм на сторону зуба. Для зубохонингования зубчатых колес 7, 8-й степени точности окружная скорость должна составлять 5... 10 м/с, радиальная нагрузка 400...500 Н, окружная нагрузка 20...30 Н, продольная подача 300...600 мм/мин, число двойных рабочих ходов на одно колесо — 2. При обработке колес 5, 6-й степени точности применяют более высокие скорости (10... 15 м/с), радиальную нагрузку 200...250 Н, окружную — 10... 15 Н, число двойных рабочих ходов — 10 [7].