bushuev_v_v_i_dr_metallorezhushie_stanki_tom_2

туром. Чаще для получения требуемых характеристик по шуму и максимально допустимой нагрузке стремятся получить отклонения профиля (эвольвенты) за счет корректирующих движений механизмов станка A1—A4 (см. рис. 12.41). Коррекция направления зуба (например, бочкообразность по высоте, укорочение головки) достигается путем соответствующего профилирования шлифовального круга.

Обработка зубчатых изделий (шлицевых валов, реек и др.) по методу копирования ведется, как правило, на профилешлифовальных станках с одним профилирующим шлифовальным кругом, который шлифует одновременно боковую поверхность и основание зуба. Шлифовальный круг профилируется с помощью правящих устройств, в которых либо регулируется правильный алмаз с помощью копиров или систем с обкатными секторами, либо воспроизводится эвольвентный профиль с помощью алмазных правящих инструментов.

производящих линий (в общем случае кривые двоякой кривизны), образующих боковую поверхность зуба конического колеса, является серьезным препятствием в разработке способов профилирования зубьев и в создании кинематики соответствующих станков. По этой причине при профилировании сопряженных конических колес их рассматривают не в зацеплении друг с другом, а в зацеплении каждого из них в отдельности с плоским воображаемым производящим колесом, радиус которого равен длине образующей ОР (рис. 13.1, б). Очевидно, что если два конических колеса точно сопряжены с одним воображаемым производящим колесом, то они будут сопряжены также и друг с другом.

При расчете же параметров конической передачи в целом (угол зацепления, коэффициент профильного перекрытия, высотные пропорции зубьев и т. д.) используется прием, при котором зацепление пары конических колес принимается эквивалентным зацеплению цилиндрических с радиусами начальных окружностей Rш и Rк (рис. 13.1, в), равными длинам образующих дополнительных конусов (т.е. дополняющих каждый из углов начального конуса до прямого), построенных на осях вращения 00ш и 00к и касательных к сфере (рис. 13.1, в). Так как угол при вершине начального конуса плоского колеса равен 180о, то линия, определяющая форму зуба по длине, лежит на плоскости, и по характеру именно этой линии принято называть отдельные разновидности конических колес.

Из возможных форм зуба по длине чаще используются (рис. 13.2): прямая форма (конические колеса с прямыми и тангенциальными зубьями), дуга окружности (колеса с дуговыми зубьями и с нулевым углом спирали) и реже — эвольвента и эпициклоида (конические колеса с криволинейными зубьями). Применение этих линий обусловлено тем, что их легче реализовать на станках с помощью комбинаций простых равномерных поступательных и вращательных движений.

Плоское колесо в зацеплении конических зубчатых колес имеет такое же значение, как зубчатая рейка в зацеплении цилиндрических зубчатых колес, т. е. представляет собой круговую рейку (рис. 13.3, а). Радиус воображаемого плоского колеса Rпл, равный длине образующей L (см. рис. 13.3, а), может быть найден из треугольника ОАВ (рис. 13.3, б):

Рис. 13.2. Форма зуба по длине на плоском колесе для конической передачи:

а — с прямыми зубьями; б — с тангенциальными зубьями: е — эксцентриситет, β — угол наклона зубьев в середине зубчатого венца; в — с дуговыми (круговыми) зубьями: β — угол наклона зубьев (угол спирали) в средней точке зубчатого венца, rи — радиус окружности; г — с дуговыми зубьями при нулевом угле спирали; д — с криволинейными зубьями, очерченными по эвольвенте: ρ — радиус основной окружности, d — смещение внутреннего торца зубчатого венца

344 ГЛАВА 13. СТАНКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС С ПРЯМЫМ И ДУГОВЫМ ЗУБЬЯМИ

Рис. 13.3. Плоское производящее колесо:

а — зацепление конического колеса с плоским колесом; б — зацепление с плоским колесом конической пары с межосевым углом δ < 90o

где rш — радиус начальной окружности шестерни (задается на наружном торце зубьев); ϕш — угол делительного конуса шестерни.

Так как числа зубьев пропорциональны радиусам начальных окружностей, то можно написать

где Zш и Zк — числа зубьев соответственно шестерни и колеса данной конической пары.

Углы ϕш и ϕк делительных радиусов сопряженной пары зависят от межосевого угла δ [19] и для δ < 90° определяются по формулам

где i = Zк /Zш — передаточное число.

Для ортогональной пары угол δ = 90o и число зубьев плоского колеса определяются выражением

Число Zпл является условной величиной, оно обычно выражается смешанным числом и вычисляется с точностью до четвертого знака после запятой. Из приведенной зависимости Zпл от Zш (Zк) и δ следует очень важная особенность плоского колеса, а именно: оно индивидуально для каждой пары сопряженных колес или, иначе, каждое из колес данной сопряженной пары может сцепляться только с одним, общим для них, плоским колесом.

Если на плоском колесе с воображаемыми зубьями Zпл создать один реальный зуб (или межзубовую впадину (см. рис. 13.3, б)) в виде двух резцов 1 и 2 правого и левого профилей, совершающих движение со скоростью резания вдоль линии зуба, то, обкатывая по этому участку плоского колеса нарезаемое колесо, на нем можно прорезать одну межзубовую впадину (нарезают один зуб). Поворачивая периодически заготовку на один или несколько зубьев, т.е. осуществляя процесс

Рис. 13.4. Зацепление зубьев конической передачи:

а — с плоским колесом: 1 — шестерня, 2 — плоское колесо, 3 — колесо; б — форма линии зацепления на сфере

деления, можно прорезать и все остальные впадины, а затем аналогичным образом нарезать и второе колесо данной сопряженной пары.

Именно по такой схеме нарезаются (шлифуются) конические колеса обкатных передач, в которых методом обката образуется профиль зуба, а зуб по длине получается методом следа (при нарезании прямозубых колес) или касания. Резцы, реализующие зуб на плоском колесе, имеют прямолинейную режущую кромку, которая при обкате на заготовке образует октоидный профиль, незначительно отличающийся от эвольвентного. Такое название он получил по форме линии зацепления в конической передаче, рассмотренной на сферической поверхности и напоминающей фигуру восьмерки (рис. 13.4, б).

Реального плоского колеса на станках нет, так как при переходе к нарезанию другой пары колес необходим переход и к новому плоскому колесу, отличающемуся от предыдущего не только диаметром и числом Zпл, но и формой зубьев по профилю и по длине, однако геометрически такое «колесо» присутствует. Его функции выполняет узел, называемый во всех станках для обработки обкатных пар люлькой, ось вращения которой соответствует оси вращения плоского производящего колеса. На люльке располагаются устройства для закрепления зубообрабатывающего инструмента и регулирования траектории его движения вдоль боковой поверхности зуба плоского колеса, а также механизмы для передачи им главного движения.

В целях повышения жесткости и упрощения конструкции люльки в подавляющем большинстве станков отказываются от регулирования, связанного с реализацией производящего колеса с теоретическим углом начального конуса, равным ϕпл= 90° (рис. 13.5).

Как видно из рис. 13.6, при сцеплении с таким воображаемым колесом нарезаемого колеса 5 люлька станка 1 должна иметь поворотные направляющие 2 для суппортов 3 с резцами 4, допускающие их установку на угол ножки нарезаемого зуба γ. В большинстве же станков используется воображаемое колесо с плоским наружным

346 ГЛАВА 13. СТАНКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС С ПРЯМЫМ И ДУГОВЫМ ЗУБЬЯМИ

конусом, при котором необходимость в поворотных направляющих отпадает (рис. 13.7). Угол начального конуса у такого плосковершинного производящего колеса равен (90о – γ) (рис. 13.7).

Колеса конической пары, нарезанной в сцеплении с таким производящим колесом, не являются сопряженными, однако получающиеся при этом искажения профиля зуба не оказывают заметного влияния на работу передачи, если γ≤ 3о [36]. Кроме того, в производстве конических колес обкатных пар часто вносят различные искажения в геометрию инструмента и поправки в наладку станков, позволяющие получить качественное зацепление и при бо´льших значениях угла γ [43].

Ниже показаны наиболее распространенные способы обработки конических колес с прямыми и дуговыми зубьями. На рис. 13.8, а приведена схема нарезания конических колес с прямым зубом на зубострогальном станке. На люльке 2 установлены два суппорта с резцами 3, которые совершают со скоростью резания возвратно-поступательное движение в радиальном направлении и образуют межзубовую впадину на воображаемом плоском колесе 7. Обрабатываемое колесо 4, находящееся в зацеплении с плоским колесом, установлено на шпинделе бабки изделия 6. Червячные передачи 1 и 5 приводят во вращение люльку и шпиндель заготовки, имитируя зацепление колес: плоского Zпл и нарезаемого Zзaг . Это движение обката осуществляется медленно, со скоростью подачи. После обработки одного зуба (рис. 13.8, б) заготовка выходит из зацепления с инструментом, возвращается вместе с люлькой в первоначальное положение, и происходит деление для обработки следующего зуба.

Способ нарезания конических прямозубых колес двумя дисковыми фрезами показан на рис. 13.9. Фрезы 1 и 2, установленные на люльке станка, наклонены друг к другу. Это позволяет резцам дисковой фрезы 1 входить в промежутки между резцами фрезы 2 и соответственно резцам фрезы 2 — в промежутки фрезы 1, образуя таким образом на плоском воображаемом колесе 4 один зуб. Фрезы не имеют перемещения вдоль зуба, поэтому дно нарезаемой впадины получает несколько вогнутую форму, что зависит от соотношения диаметра фрез и ширины зубчатого венца нарезаемого колеса 3. Так как высота профиля на концах зуба соответствует значению чертежа и лишь в середине она несколько больше, эта форма зуба практически не оказывает влияния на точность зацепления, прочность и работоспособность конической передачи [18].

Рис. 13.8. Нарезание зубьев на зубострогальном станке:

а — рабочая зона станка; б — положение резцов в начале (схема I) и в конце (схема II) обработки зуба

Рис. 13.9. Зубофрезерование конических колес:

а — схема нарезания зубьев; б — воспроизведение зубьев плоского колеса

При нарезании конического колеса 3 с дуговыми (круговыми) зубьями (рис. 13.10) резцы 5 правого и левого профилей размещены поочередно по периферии резцовой головки 4, которая при наладке располагается на люльке 2 станка так, чтобы на ободе воображаемого плоского колеса 1 был образован зуб с требуемым углом спирали β (см. рис. 13.2). В обоих методах, представленных на рис. 13.9 и 13.10, кроме вращения инструмента должны быть осуществлены движение обката и процесс деления, например в такой же последовательности, как при зубострогании. Прямолинейная форма зуба плоского воображаемого колеса существенно упрощает профилирование инструмента, что особенно важно для правки кругов при зубошлифовании.

Зубошлифовальные станки для обкатных пар конических колес строятся по тому же принципу, что и зуборезные, с той разницей, что реальный зуб на плоском колесе образуется абразивным инструментом. На рис. 13.11 показаны основные способы шлифования зубьев конических колес обкатных передач. Прямозубые конические колеса шлифуют двумя способами. Наиболее распространенным является шлифование двумя наклонными шлифовальными кругами 1 (рис. 13.11, а), совершающими кроме вращения возвратно-проступательное движение вдоль образующей конуса впадин. Круги образуют межзубовую впадину на плоском воображаемом колесе, в которой при обкате и шлифуется зуб колеса 2. В течение цикла обработки зубчатого колеса круги правят 2…4 раза.

348 ГЛАВА 13. СТАНКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС С ПРЯМЫМ И ДУГОВЫМ ЗУБЬЯМИ

Рис. 13.10. Схема нарезания конического колеса с дуговыми (круговыми) зубьями

Рис. 13.11. Способы шлифования зубьев конических колес: а — наклонными шлифовальными кругами; б — дисковым кругом; в — чашечно-цилиндрическим кругом; г — чашечноконическим кругом

Другим способом прямозубые конические колеса шлифуют одним дисковым кругом (рис. 13.11, б), периферия которого заправлена под углом исходного контура зуба плоского колеса. Кроме вращения и согласованного обката с зубчатым колесом 4, шлифовальный круг 3 совершает перемещение вдоль зуба. Обычно каждую сторону зуба колеса шлифуют отдельно, только при постоянной ширине дна межзубовой впадины производят одновременное шлифование обеих сторон зубьев. Конические колеса с модулем 1,5 мм и менее шлифуют из целой заготовки [18].

Конические колеса с дуговыми зубьями шлифуют чаще всего чашечноцилиндрическими шлифовальными кругами 6, осевое сечение которых подобно резцам резцовых головок (рис. 13.11, в). Однако при шлифовании колес с большим углом делительного конуса (более 50…60о) он малопроизводителен, так как с увеличением делительного угла возрастает площадь контакта между кругом 6 и боковой поверхностью шлифуемого колеса 5, и во избежание прижогов процесс шлифования ведут на пониженных режимах. Этого недостатка нет при использовании чашечно-конических кругов (рис. 13.11, г). Значительно меньшая площадь контакта между кругом 7 и зубьями колеса 8 позволяет работать с большими окружными скоростями, но реализация этого способа возможна лишь на станках с наклоняющимся к оси вращения люльки инструментальным шпинделем.

Разновидностью метода обката, используемого в производстве конических колес разных типов, является полуобкатной метод, отчего и передачи, нарезанные с его применением, называются полуобкатными. Такие передачи можно применять в том случае, если передаточное число конической пары 3 : 1 и выше [18]. Этот метод заключается в том, что нарезание зубьев колеса, имеющих небольшую кривизну профиля, производят плоским производящим колесом без

обката, т.е. методом копирования, что значительно сокращает время обработки. Нарезанные таким образом зубья колеса полуобкатной передачи имеют реечный профиль, и по сравнению с нормальным октоидным профилем они обладают некоторым избытком металла на головке и ножке зуба (рис. 13.12).

Чтобы компенсировать отсутствие кривизны профиля зубьев колеса, у зубьев шестерни полуобкатной передачи с головки и ножки зуба срезается соответствующая часть металла. Модифицированный профиль шестерни получают методом обката в сцеплении не с плоским, а с конусным производящим колесом, параметры которого должны точно соответствовать параметрам колеса, нарезанного без обката (рис. 13.13). Нарезку зубьев производят стандартным зубообрабатывающим инструментом и по обычной технологии обработки зубьев обкатных пар. Принцип конусного производящего колеса реализуется на станках с наклоняющимся инструментальным шпинделем. При этом движение обката — вращение люльки и нарезаемой шестерни — должно быть таким, чтобы отношение их угловых скоростей было обратным отношению чисел зубьев колеса и шестерни полуобкатной пары. В некоторых случаях шестерня полуобкатной передачи может быть нарезана на станках с ненаклоняющимся инструментальным шпинделем, т.е. в сцеплении с плоским производящим колесом, если в станке имеется специальный механизм модификации обката или, сокращенно, модификатор (рис. 13.14).

При этом способе требуемый профиль зуба шестерни получается в результате неравномерного вращения люльки в процессе обката за счет того, что червяк 4 в червячной передаче вращения люльки получает два движения: равномерное вращение от цепи обката и неравномерное осевое перемещение от модификатора. Механизм модификации работает следующим образом: движение от вращающегося червяка 4 люльки передается через цепь, включающую в себя гитару сменных колес iм, диск модификатора 2 с эксцентрично расположенным роликом 6. Этот ролик, поворачиваясь на угол α, воздействует через ползушку 5, прижимаемую гидроцилиндром 7 на червяк, перемещая его на величину hм, что вызывает дополнительный поворот люльки на угол θ ≈ 2hм/dк. В резуль-

350 ГЛАВА 13. СТАНКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС С ПРЯМЫМ И ДУГОВЫМ ЗУБЬЯМИ

Рис. 13.15. Нарезание прямозубого конического колеса модульной фрезой

Рис. 13.14. Механизм модификации обката

тате полный угол поворота люльки θ = θ0 ±Δθ, где θ0 — угол поворота люльки, сообщаемый ей по цепи обката. Настраиваемыми параметрами модификатора являются: эксцентриситет ем ролика, передаточное число iм сменных колес гитары модификатора и угловая координата ϕм нулевого положения ролика, соответствующая моменту профилирования средней точки зуба нарезаемой шестерни. Установка заданных значений ϕм и ем осуществляется с помощью рукояток 1 и 3 по соответствующим шкалам.

При нарезании конических колес в крупносерийном производстве находят применение зубофрезерные и зубопротяжные станки, работающие профильным инструментом. Отсутствие обката, стационарное положение заготовки во время нарезания позволяют получить короткие кинематические цепи, жесткую конструкцию станков и обеспечить существенное повышение производительности обработки. Однако точность нарезанных конических колес на этих станках ограничена из-за трудностей в реализации метода копирования при непостоянной форме профиля по длине зуба.

Приведем некоторые примеры применения фасонного инструмента при нарезании конических колес. Дисковые модульные фрезы используются в массовом производстве для чернового нарезания крупных прямозубых конических колес с последующей чистовой обработкой их на обкатных станках. Такие же фрезы могут быть использованы для нарезания небольших зубчатых колес невысокого качества на универсальных фрезерных станках (рис. 13.15). Обработка каждой стороны межзубовой впадины нарезаемого колеса проводится раздельно, для чего необходимо смещение оси заготовки в соответствующую сторону на расчетную величину Т. Так как правильный профиль зуба получается только в одном среднем сечении, а в остальных сечениях он будет неправильным, данный способ нарезания можно применять лишь для зубчатых колес низкой точности.