Процессы обработки заготовок. Часть 1. Методы механической обработки п
.pdf
Рис. 8.7. Примеры зубодолбления цилиндрических колес
При нарезании спиральных зубьев шпиндель с закрепленным на нем долбяком совершает возвратно-поступательное и винтовое движения на следующих режимах: черновое долбление при v = 12...18 м/мин, Sкр = 0,25...0,5 мм/дв. ход.; чистовое долбление при v = 20...30 м/мин, Sкр = 0,15...0,3 мм/дв. ход.
Зубодолбежные станки обеспечивают 7–8-ю степени точности и шероховатость поверхности Ra = 1,0...2,5 мкм (СОЖ – масло индустриальное типа И-20А).
Существенным преимуществом зубодолбления по сравнению с зубофрезерованием является то, что оно позволяет производить обработку зубчатых венцов в блочных зубчатых колесах с двумя, тремя и более венцами разного диаметра и с расстоянием между соседними венцами 4–6 мм (для выхода долбяка вполне достаточно 2–4 мм).
Как было указано выше, цилиндрические зубчатые колеса наружного зацепления с прямым, косым и винтовым зубьями можно нарезать на зубострогальных станках с применением долбяков в виде гребенок (реек), которые изготовлять и затачивать проще, чем долбяки в виде шестерен.
Зубострогальные станки для нарезания зубчатых колес гребенками работают по методу обкатки. При нарезании косых зубьев суппорт с гребенкой поворачивается на угол наклона зуба.
Гребенки изготавливают трех типов в зависимости от модуля и характера обработки: обдирочная – для чернового нарезания зубьев; отделочная – для чистового нарезания зубьев; шлифовочная – для зубьев, которые после нарезания будут шлифоваться.
151
Обдирочные гребенки изготавливаются меньшей ширины, чем отделочные; после обдирки остается припуск на отделку до 0,5 мм на сторону.
Нарезание зубьев гребенками обеспечивает 7–8-ю степень точности и шероховатость поверхности Ra = 1,2...2,5 мкм. Однако, ввиду меньшей производительности по сравнению с нарезанием круглыми долбяками и червячными фрезами, нарезание зубьев гребенкой применяется редко.
Нарезание цилиндрических зубчатых колес методом зуботочения является относительно новым методом, предназначенным для нарезания прямых и косых зубьев на зубофрезерных станках с помощью круглого долбяка, используемого в качестве многорезцового инструмента.
Рис. 8.8. Зуботочение цилиндрического зубчатого колеса
Зацепление инструмента с обрабатываемым зубчатым колесом рассматривается как зацепление двух винтовых зубчатых колес, при котором происходит продольное скольжение поверхностей зубьев, являющихся в данном случае движением, осуществляющим процесс резания.
На зубофрезерном станке вместо червячной фрезы устанавливается долбяк под углом β (рис. 8.8) к оси заготовки. Углы долбяка и заготовки подбираются таким образом, чтобы разность между углами винтовой линии инструмента и заготовки не была равна нулю.
Нарезание прямых зубьев производится косозубым долбяком (рис. 8.8, а), а нарезание
152
косых зубьев с углом наклона 45° – прямозубым долбяком
(рис. 8.8, б).
Производительность этого метода в 2–4 раза выше, чем производительность зубофрезерования однозаходной червячной фрезой.
Основным недостатком зуботочения является необходимость иметь оборудование высокой точности и жесткости и недопустимость возникновения при зуботочении вибраций.
Накатывание цилиндрических зубчатых колес произво-
дится без удаления материала резанием. Отходы металла не превышают 2–4 % от массы заготовки.
Зубья с модулем до 1,5 мм накатываются в холодном состоянии, а более 1,5 мм – в горячем.
Накатывание зубчатых колес в холодном состоянии
является одним из высокопроизводительных методов обработки. Накатывание зубчатых венцов имеет в 15–20 раз большую производительность по сравнению с зубофрезерованием и обеспечивает высокое качество поверхностей зуба, что способствует
повышению износостойкости зубьев зубчатых колес. Основным условием обработки зубчатых колес накатыва-
нием в холодном состоянии является достаточная пластичность материала заготовки. Этому условию удовлетворяют алюминиевые и медные сплавы (за исключением бронз некоторых марок), а также некоторые марки нержавеющей стали при соответствующей предварительной термической обработке.
Накатывание зубьев достаточно часто осуществляют в два этапа, а именно: на первом этапе производят предварительное накатывание зубчатыми валиками (роликами), а на втором этапе окончательное накатывание выполняют калибрующими валиками (роликами). В процессе накатывания зубьев поверхностные слои металла сильно упрочняются, причем упрочнение распространяется на значительную глубину. Для предотвращения износа зубонакатного инструмента – зубчатых и калибрующих валиков (роликов), а также уменьшения уровня напряжений
153
в поверхностных слоях металла заготовки целесообразно между операциями предварительного и окончательного накатывания выполнять промежуточную операцию термической обработки заготовки – отжиг.
В производстве применяют несколько схем накатывания зубчатых колес: одним валиком; двумя валиками без заборной части; двумя валиками с заборной частью; тремя валиками; двумя рейками.
Выбор схемы накатывания в значительной степени зависит от длины образующей зуба. Практикой установлено, что накатывание зубчатых колес небольшой ширины отдельными заготовками целесообразно осуществлять двумя валиками без заборной части, а зубчатых колес большой ширины или собранных в пакет на оправку нескольких заготовок – двумя валиками с заборной частью. Заборная часть обеспечивает постепенное проникновение зубчатых валиков в металл заготовки и заполнение впадин зубьев металлом без изменения их межцентрового расстояния. Зубчатым валикам сообщают принудительное вращение совместно с заготовкой. Зубчатые колеса можно накатывать на токарных станках с продольной подачей (рис. 8.9, а) и на специальных стендах (рис. 8.9, б).
Рис. 8.9. Методы накатывания зубьев цилиндрических зубчатых колес: а – на токарном станке; б – на специальном стенде
154
При накатывании зубьев на токарном станке в переднем 1 и заднем 5 центрах станка устанавливается оправка, получающая вращение от шпинделя станка. На оправке устанавливаются заготовки 4 и делительное зубчатое колесо 2, находящееся в зацеплении с двумя или тремя накатниками 3 и 6, закрепленными на суппорте станка. При выходе из зацепления с делительным колесом 2 накатники 3 приводятся во вращение зубьями накатанной части заготовок 4. Для образования симметричного профиля зубьев накатывание производится сначала в одном, а затем в обратном направлении с ускоренным обратным вращением шпинделя. Накатники 3 и 6 представляют собой зубчатые колеса с модулем, равным модулю накатываемого колеса. Накатники имеют заборную часть для постепенного внедрения в металл обрабатываемых заготовок.
При накатывании зубьев на специальных стендах (см. рис. 8.9, б) инструментом служат зубчатые валики 2, с обеих сторон которых надеваются дисковые ограничители 5, препятствующие вытеснению металла в осевом направлении и образованию облоя. Валики 2 вращаются на шпинделях 1. Заготовка 3 закрепляется на оправке 4 и приводится во вращение зубьями валиков 2. Головка зуба валика образует ножку, а ножка валика – головку зуба зубчатого колеса, что обуславливает размеры элементов зубчатого валика: головку зуба принимают равной 1,2 модуля, а ножку – равной модулю. Накатывание производится при использовании в качестве СОЖ масла, например, масла индустриального И-12А.
Накатывание зубчатых колес в холодном состоянии обеспечивает точность 7–9-й степени и шероховатость поверхности
Ra = 0,32...1,25 мкм.
Накатывание зубчатых венцов в горячем состоянии
производится на специальных стендах (см. рис. 8.9, б) аналогично накатыванию в холодном состоянии. Отличие состоит в том, что за 20–30 с до накатывания зубчатого венца поверхностные слои заготовки нагреваются токами высокой частоты до температуры порядка 1200 °С.
155
Точность зубчатых колес после накатки в горячем состоянии соответствует 9–10-й степени точности и шероховатость поверхности Ra = 0,63...2,5 мкм.
Накатывание зубчатых венцов в горячем состоянии существенно повышает износостойкость и изгибную прочность зубчатых колес.
Закругление зубьев производится для облегчения соединения зубчатых колес, предназначенных для коробок передач
идругих зубчатых колес, переключающихся на ходу. Закругление торца зубьев производится на специальных зубозакругляющих станках при помощи пальцевых фрез методом копирования (рис. 8.10, а). В процессе работы пальцевая фреза вращается
иодновременно перемещается по дуге с возвратно-поступатель- ным движением, огибая кромку зуба обрабатываемого колеса, которая периодически отводится в осевом направлении, поворачивается вокруг оси на один зуб и подводится к фрезе. Время обработки каждого торца зуба от 1 до 3 с. Производительность
можно повысить за счет применения пустотелой фрезы
(рис. 8.10, б).
Рис. 8.10. Закругление зубьев цилиндрических зубчатых колес: а – пальцевой фрезой; б – пустотелой фрезой
156
8.2. ОБРАБОТКА ЧЕРВЯЧНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
При нарезании червячных зубчатых колес ось червячной модульной фрезы устанавливается перпендикулярно оси обрабатываемого колеса и точно по центру ширины венца. Нарезать червячные зубчатые колеса можно тремя способами: способом радиальной подачи; способом тангенциальной подачи; комбинированным способом.
Нарезание червячных колес способом радиальной пода-
чи более распространено, чем другие способы. При этом способе (рис. 8.11, а) фреза 1 и нарезаемое зубчатое колесо 2 вращаются; скорости вращения их рассчитываются так, чтобы за один оборот фрезы зубчатое колесо повернулось на число зубьев, равное числу заходов червяка.
Рис. 8.11. Зубонарезание червячных зубчатых колес червячными фрезами: а – способом радиальной подачи; б – способом тангенциальной подачи; I и II – соответственно начальное и конечное положение фрезы
В отличие от нарезания зубчатых колес, суппорт с фрезой стоят на месте, стол же с укрепленным на нем зубчатым (червячным) колесом осуществляет горизонтальную подачу S на глубину зуба по направлению к фрезе, то есть в радиальном направлении.
157
В зубофрезерных станках, работающих по методу обкатки, предназначенных для нарезания зубчатых колес большого диаметра, горизонтальная подача осуществляется не столом с заготовкой, а стойкой, несущей суппорт с фрезой.
Способ радиальной подачи применяется для нарезания червячных зубчатых колес к однозаходным и реже – двухзаходным червякам.
Способ тангенциальной подачи применяется главным образом для нарезания червячных зубчатых колес к многозаходным червякам; он выполняется при помощи специального суппорта, позволяющего осуществлять тангенциальную (то есть по касательной к зубчатому колесу) подачу фрезы (рис. 8.11, б).
Стрелка А указывает вращение червячной фрезы, стрелка Б– подачу фрезы по касательной линии к зубчатому колесу, стрелка В – вращение зубчатого колеса. Нарезание зубчатого колеса заканчивается, когда все зубья фрезы перейдут за ось зубчатого колеса.
При нарезании способом тангенциальной подачи получается более правильный профиль, но стоимость фрезы, работающей способом тангенциальной подачи, значительно выше стоимости фрезы, работающей способом радиальной подачи, и, кроме того, требуется наличие специального суппорта.
Нарезание червячных зубчатых колес комбинирован-
ным способом применяется при нарезании единичных нормализованных червячных зубчатых колес, для которых изготовление червячных фрез экономически не оправдывается.
Нарезание производится последовательно двумя резцами – черновым и чистовым; резец закрепляется в оправке (рис. 8.12, а), представляя собой как бы однозубую фрезу.
Чистовой резец изготавливается точно по профилю, а черновой ýже чистового, благодаря чему остается припуск, примерно равный 0,5 мм на сторону зуба.
Черновой резец врезается на установленную глубину с радиальной подачей, после чего чистовой резец дорезает зуб с тангенциальной подачей.
158
Резцы – черновой 1 и чистовой 2 – можно менять; часто оба резца закрепляют на одной оправке (рис. 8.12, б) на определенном расстоянии один от другого.
Нарезание червячного глобоидального колеса обычно состоит из двух операций: предварительного нарезания при радиальной подаче и чистового нарезания при круговой подаче и точно заданном осевом расстоянии.
Инструментом для предварительного и окончательного нарезания зубьев глобоидного колеса 4 в индивидуальном и мелкосерийном производствах являются два «летучих» резца 1 и 3, закрепленных на оправке 2 (рис. 8.12, в).
Кроме этих резцов как предварительное, так и окончательное нарезание можно производить глобоидной гребенкой или глобоидной фрезой (рис. 8.12, г).
Рис. 8.12. Зубонарезание червячных зубчатых колес: а – одним резцом; б – двумя резцами; в – двумя резцами
глобоидного колеса; г – червячной фрезой глобоидного колеса
159
Для уменьшения шероховатости поверхности зуба червячных зубчатых колес обработку производят с применением в качестве СОЖ масла, например, масла индустриального И-20А.
8.3. ОБРАБОТКА КОНИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Для нарезания зубьев конических зубчатых колес 7–8-й степени точности по ГОСТ 1758–81 и шероховатости поверхности Ra = 1,2–2,5 мкм требуются специальные зуборезные станки.
При отсутствии таких станков конические зубчатые колеса с прямым и косым зубом можно нарезать на универсальнофрезерном станке при помощи делительной головки дисковыми модульными фрезами, достигая 9–10-й степени точности и шероховатости поверхности Ra = 1,3...3,5 мкм.
Заготовку 1 конического зубчатого колеса устанавливают на оправке в шпиндель делительной головки 2 (рис. 8.13, а), который поворачивают в вертикальной плоскости до тех пор, пока образующая впадина между зубьями не займет горизонтального положения.
Нарезаются зубья обычно за три прохода и только при малых модулях за два прохода.
При первом ходе фрезеруется впадина между зубьями шириной b2 (рис. 8.13, б). Форма фрезы соответствует форме впадины в ее узком конце.
Второй проход производят модульной фрезой, профиль которой соответствует профилю зуба, поворачивая при этом стол с делительной головкой на угол α:
tgα = B1 2−l b2 .
где b1 – ширина впадины между зубьями на ее широком конце, мм;
b2 – ширина впадины между зубьями наееузком конце, мм; l – длина впадины, мм.
160