Глава 5. Зубообрабатывающие станки

Наибольшее распространение в машиностроении получили разнообразные типы зубчатых передач с малочувствительным к изменению межосевого расстояния эвольвентным зацеплением.

Для изготовления небольшого количества зубчатых колес используются универсальные консольно-фрезерные станки. В случае массового производства применяются зубообрабатывающие станки.

Зубообрабатывающие станки классифицируются:

• по назначению – для нарезания цилиндрических колес с прямыми и винтовыми зубьями, прямозубых или косозубых конических, червячных, шевронных колес, зубчатых реек;

• по виду обработки и применяемому инструменту – на зубострогальные, зубодолбежные, зубофрезерные, зубопротяжные, зубошевинговальные, зубопритирочные, зубошлифовальные, зубо-хонинговальные и зубозакругляющие;

• по чистоте обрабатываемой поверхности зубьев – для предварительного нарезания, чистовой обработки и для доводки рабочих поверхностей зубьев.

5.1. Станки для нарезания цилиндрических колес

Для нарезания зубчатых цилиндрических колес в основном применяются методы копирования и обката.

На рис. 5.1 показаны способы нарезания зубьев цилинд­ричес­­ких колес методами копирования и обката, воплощенные в зубострогальных, зубофрезерных и зубодолбежных станках.

При методе копирования в качестве инструментов применяют дисковые 2 и пальцевые 3 фрезы в единичном производстве, зуборезные головки и протяжки – в массовом. Профиль их режущей кромки совпадает с профилем впадины зуба и при обработке копируется на заготовке 1. Сложный (эволь­вент­ный) профиль режущей кромки такого инструмента позволяет выполнять обработку по этому методу при минимальном числе формообразующих движений на станках с простой кинематикой.

Дисковые и пальцевые модульные фрезы должны быть подобраны в соответствии с числом нарезаемых зубьев, углом подъема винтовой линии и настроены на расчетное межосевое расстояние. Отклонения шага профиля, вызванные погрешностями периодического деления и износом инструмента, не позволяют получать колеса выше 10 и 9-й степеней (ГОСТ 1643–81), что на одну-две степени хуже, чем при методе обката.

Метод копирования

Метод обката

Непрерывный

метод

Делительный метод

Рис. 5.1. Методы обработки профилей зубьев цилиндрических колес

Наиболее широкое распространение в практике получило механическое воспроизводство зубчатого зацепления – метод обката (огибания). Он заключается в том, что заготовке и инструменту сообщают движения, воспроизводящие зацепление пары сопряженных зубчатых колес или колеса с зубчатой рейкой; одновременно режущий инструмент совершает рабочее движение резания. Этот метод отличается от предыдущего более высокой производительностью и точностью обработки, причем одним инструментом можно нарезать колеса данного модуля независимо от числа зубьев.

Понятие об огибающей и огибаемой линиях положено в основу образования эвольвентного профиля зубьев резанием. При зубонарезании по методу огибания профили режущих кромок инструментов, перемещаясь, занимают относительно профилей зубьев колес ряд последовательных положений, срезая при этом металл в тех местах, где должны быть впадины между зубьями. Эвольвентные профили обрабатываемых зубьев возникают при этом как огибающие ряда указанных последовательных положений режущих кромок или, иначе, как огибающие ряда последовательных срезов металла. Поэтому такой метод профилирования зубьев носит название метода огибания или обката.

Представим несколько примеров образования эвольвентных профилей зубьев колес методом огибания (рис. 5.2). Для воспроизводства зубчатого зацепления колеса 6 и рейки 5 необходимо осуществить, во-первых, качение колеса по рейке и, во-вторых, сообщить режущему инструменту возвратно-поступательное рабочее движение резания. Для получения эвольвентного профиля зуба необходимо обеспечить определенное соотношение между вращением и поступательным движением колеса. Так, при повороте на один зуб колесо за это же время должно переместиться поступательно на величину шага зуба.

При нарезании зубьев червячной фрезой 4 (рис.5.1) последней сообщают вращательное движение резания и поступательное движение подачи. Одновременно заготовке 6 сообщают вращательное движение, направление которого зависит от направления витка фрезы. Если фреза правозаходная, то заготовка вращается против часовой стрелки, а если левозаходная, – по часовой стрелке. Если сделать осевой разрез червячной фрезы, то будет видно, что ряд режущих зубьев образует зубчатую рейку, которая при каждом обороте червячной фрезы смещается вдоль ее оси на величину шага.

Рассматривая процесс фрезерования колеса червячной фрезой, можно установить сходство с процессом обработки колеса режущим инструментом – рейкой. И действительно, сопряженное вращение колеса и фрезы дает сочетание вращения колеса и поступательного движения режущей рейки. Эвольвентные профили зубьев колеса образуются как огибающие ряды положений режущих кромок фрезы.

Нарезание зубьев и образование их профиля методом обката осуществляется при согласованном движении инструмента и заготовки, что обеспечивается путем жесткой кинематической связи между инструментами. В качестве инструмента в станках, работающих по данному методу, применяются зуборезные гребенки, долбяки и червячные фрезы. На рис. 5.2 приведена схема сопряжения этих инструментов с исходным контуром зубчатой рейки, дающая представление о составе необходимых движений и особенностях профилирования зубьев.

Рис. 5.2. Схема нарезания зубьев: а – зуборезной гребенкой;

б – червячной фрезой; в – долбяком