42

6. Инструменты для обработки зубчатых колес

6.1. Общие замечания

В настоящее время в машиностроении применяются исключительно зубчатые колеса с эвольвентным профилем зуба и соответственно эвольвентные зуборезные инструменты. Эвольвентное зацепление с технологической и конструкторской точки зрения обеспечивает следующие преимущества зуборезным инструментам:

1. Так как эвольвента получается при качении без скольжения прямой по окружности (см. п. 6.2), то основой зуборезных инструментов является прямолинейный контур (рейка). Такие зуборезные инструменты с криволинейным (эвольвентным) профилем, как долбяки, по профилю обрабатываются шлифовальными кругами с прямолинейным профилем.

2. Прямолинейная форма инструментальной рейки позволяет сравнительно просто осуществить контроль не только зубчатых колес, но и зуборезных инструментов, что также повышает их точность и упрощает конструирование и производство.

3. Свойство эвольвенты сохранять правильность зацепления при произвольном расстоянии между осями колес позволяет считать зуборезный инструмент как инструмент неопределенной установки по отношению к нарезаемому колесу.

4. Корригированные колеса получаются путем сдвига исходного контура рейки без изменения профиля самого инструмента. Благодаря этому одним и тем же инструментом можно получить наиболее целесообразные для зацепления профили.

Зубчатые колеса изготавливаются двумя методами: копирования и обкатки.

 

Рис. 6.1. Обработка зубчатых колес методом копирования

пальцевой (а) и дисковой (б) фрезой

Метод копирования (рис. 6.1) заключается в том, что режущему инструменту (фрезе) придают профиль впадин зубчатого колеса. Фрезерование чередуется с делением или поворотом заготовки на один зуб после окончания обработки каждой впадины. Для нарезания прямо- и косозубых цилиндрических колес методом копирования в качестве инструмента используются:

1) пальцевые зуборезные фрезы;

2) дисковые зуборезные (модульные) фрезы;

3) протяжки для прямозубых и косозубых колес;

4) зубодолбежные головки, одновременно нарезающие все зубья колеса.

Рис. 6.2. Схема зубонарезания методом обкатки

Метод обкатки заключается в том, что режущим инструментом является инструментальная рейка (гребенка) или инструментальное колесо (долбяк). Между инструментом и нарезаемым колесом осуществляется то относительное движение, которое имели бы они, находясь в действительном зацеплении (рис.6.2). Это означает, что их начальные окружности в процессе обработки катятся одна по другой без скольжения. При обкатке режущие кромки инструмента занимают ряд последовательных положений, образуя профиль нарезаемого колеса.

В зависимости от вида инструмента различают следующие способы обработки колес методом обкатки: зуборезными гребенками, зуборезными долбяками, червячными зуборезными фрезами, шеверами.

6.3. Модульные фасонные фрезы

Модульные фрезы предназначены для обработки зубьев колес в индивидуальном производстве методом копирования. Различают два типа модульных фасонных фрез: дисковые и пальцевые.

Дисковые модульные фрезы предназначены для обработки прямых, косозубых, конических, а также шевронных колес с канавкой на ободе (для выхода инструмента). При наличии специальных приспособлений дисковыми модульными фрезами можно нарезать на зубофрезерных станках и колеса с внутренним зацеплением.

При обработке прямозубых колес дисковые фрезы работают методом копирования, при обработке косозубых и шевронных – методом бесцентроидного огибания (центроиды на инструменте и детали в процессе нарезания отсутствуют), когда профиль фрезы ни в какой момент огибания не совпадает с профилем окончательно нарезанной впадины. В соответствии с ОСТ 2 И41-14-87 дисковые модульные фрезы изготавливаются наборами из 8 фрез и предназначены для нарезания колес 10-й степени точности по ГОСТ

1643-81 с модулями m=1...16 мм. Эти фрезы имеют наружные диаметры =50...180 мм, диаметры посадочных отверстий =19...50 мм, число зубьев =14...10 и ширину =4...53 мм. По этому стандарту дисковые фрезы изготавливаются и с «половинными» номерами (, т.е. набором из 15 инструментов.

ГОСТ 13838-68 регламентирует дисковые мелкомодульные фрезы для нарезания цилиндрических колес 9-й степени точности и ниже модулей m=0,2...0,9 мм в комплексе из 8 или 15 инструментов. Так как при равных диаметрах профили зубьев колес с равным числом зубьев неодинаковы, то для нарезания методом копирования колеса с определенным числом зубьев требуется отдельная фреза со своим профилем. Для нарезания колес с зубьев нужно иметь теоретически бесконечное число дисковых фрез.

Практически поступают следующим образом. Вычерчивают профили колес и и полученную максимальную разницу делят на 8 или 15 частей и определяют, какому числу зубьев соответствуют профили 1, 2, 3, ... 8 (рис. 6.9). Например, профиль №4 в точности соответствует профилю колеса с , а профиль №5 – , поэтому фреза №4 предназначается для колес с , а №8 – для колес с числом зубьев и зубчатых реек ().

П

Рис. 6.9. Формы боковых сторон зубчатого колеса с разным числом зубьев

остроение профилей фрез стандартных наборов по этой схеме закладывает погрешности нарезаемых колес, поэтому дисковыми модульными фрезами можно получить колеса не выше 9-й степени точности.

Кроме этого, дисковые модульные фрезы имеют низкую стойкость и производительность из-за , малого наружного диаметра, числа зубьев и малых задних углов на боковых кромках ().

Рис. 6.10. Схема обработки

шевронного колеса пальцевой фрезой

П альцевые модульные фрезы предназначены для нарезания прямозубых, косозубых и шевронных колес (с числом шевронов 2 и более) без канавки (рис. 6.10), когда другой инструмент нельзя применить, например, с модулемm>50. Но стойкость и производительность пальцевых фрез малы, так как число зубьев (4...8) мало, крепление их на станке нежесткое (консольное) и условия работы (угол контакта между фрезой и заготовкой равен около ) неблагоприятные.

Профилирование модульных фрез для прямозубых колес. Так как профиль фрезы должен быть точной копией впадины между зубьями при нарезании методом копирования, то он должен обеспечивать получение рабочего участия профиля в виде эвольвенты и нерабочего – в виде прямых или кривых. Определим координаты эвольвентной части профиля. Начало координат поместим в центр колеса, а ось расположим симметрично впадине (рис. 6.11).

 

Рис. 6.11. Схема для определения профиля модульной фрезы

Ширина впадины по аналогии с толщиной зуба (см. формулу 6.8) для точки А определяется по формуле

. (6.10)

Координаты точки А равны:

. (6.11)

Но из рис. 6.11 следует, что

. (6.12)

Приравняв правые части (6.10) и (6.12), получим

. (6.13)

Но

и .

Тогда

. (6.14)

Здесь в выражении - профильный угол. В формуле для угол определяется по зависимости

, (6.15)

где - угол зацепления, определяемый из соотношения и .

Определив в градусах с точностью до секунды по формуле (6.15), по таблицам эвольвентных функций находим . Данные таблиц этих функций следует интерполировать также с точностью до секунды.

Теперь значение подставим в формулу (6.14) и найдем угол . При подставке в формулы (6.11) для и его надо перевести в градусное измерение, т.е. умножить на 206264,8”.

  Задаваясь рядом значений , определяют , и и .

Для проверки профиля фрезы проектируется шаблон. Для нахождения уравнения его профиля начало координат следует перенести в нижнюю точку профиля зуба колеса, определяемую радиусом (рис. 6.12), при этом:

Рис. 6.12. Система координат

для определения профиля шаблона

. (6.16)

 Значение и в (6.16) следует принять из расчетов по зависимостям (6.11).