Методы нарезания зубчатых колес 2 страница

Рисунок 42- Формы закругления торцов зубьев зубчатых колес.

Зубошевингование дисковым шевером является наиболее рспространенным и экономичным методом чистовой обработки зубьев незакаленных прямозубых и косозубых цилиндрических колес с внешним и внутренним зацеплением после зубофрезерования или зубодолбления. Шевингование применяют для повышения точности зубчатого зацепления, уменьшения шероховатости на профилях зубьев, снижения уровня шума и т.д. Точность шевингованных зубчатых колес достигает 6-8-й степени, параметр шероховатости поверхности Rа = 0,8 - 2,0 мкм.

Шевер представляет собой закаленное зубчатое колесо или заклеенную зубчатую рейку (шевер - рейка) или закаленный червяк с насечкой (червячный шевер), показанные на рисунке 43 а, б, в.

Методы шевингования различаются направлением подачи, конструкцией шевера и временем обработки. В процессе шевингования шевер и обрабатываемое колесо находятся в плотном зацеплении, а оси их расположены под углом скрещивания (рисунок 44). На профилях зубьев шевера имеются мелкие зубцы, грани которых образуют режущие кромки. В результате прижима шевера к обрабатываемому колесу с помощью подачи стола и относительного скольжения, возникающего при пересечении осей, режущие кромки зубцов шевера при перемещении по поверхности зуба колеса внедряются в нее и снимают тонкую стружку с профиля зуба.

Рисунок 43- Типы шеверов.

Рисунок 44- Схема шевингования дисковым шевером.

Скорость относительного скольжения является скоростью резания при шевинговании. Скорость зависит от угла скрещивания осей заготовки и шевера. Обычно этот угол скрещивания осей и выбирают в пределах 10-15^◦ . Для того чтобы получить относительное скольжение при обработки прямозубых колес, необходимо делать шевер с косыми зубьями, а при обработке косозубых колес- шевер с прямыми зубьями.

Зубохонингование применяют для чистовой отделки зубьев закаленных цилиндрических колес внешнего и внутреннего зацепления. Зубохонингование осуществляется на специальном станке. закаленное обрабатываемое колесо вращается в плотном зацеплении с абразивным зубчатым хоном при угле скрещивания осей 10-15^◦. Поджим детали к хону осуществляется пружиной с силой 150-450 Н. хонингование позволяет получить поверхность с шероховатостью Ra = 0,32 мкм.

Зубчатые колеса 3-4-й степени точности можно изготовить по следующей технологии: фрезерование зубьев под шлифование (5-6 степень точности); термическая обработка – цементация и закалка; шлифование баз и предварительное шлифование зубьев (5-5 степень точности); искусственное старение; шлифование баз; получистовое шлифование зубьев (4-5 степень точности); искусственное старение; окончательное шлифование баз и других поверхностей колеса; окончательное шлифование зубьев (3-4 степень точности).

Зубострогание является наиболее простым и менее производительным методом по сравнению с другими методами нарезания прямозубых конических колес. Обработку производят на зубострогальном станке методом обкатки с единичным делением. В основу процесса нарезания зубьев на этих станках положено станочное зацепление обрабатываемого колеса 3 с воображаемым производящим колесом 4, роль зубьев которого выполняют зубострогальные резцы 1 и 2 (рисунок 45). При обработке зубострогальные резцы, установленные в резцедержателях ползунов станка, получают возвратно- поступательное движение, необходимое для резания. Совместно с обрабатываемым колесом резцам сообщают также движение обкатки. В результате последовательных огибающих резов прямолинейные режущие кромки резцов формируют октоидный профиль зубьев обрабатываемого колеса.

а – в начале резания; б - в конце резания

Рисунок 45- Схемы расположения зубострогальных резцов.

Резцовые головки применяют для нарезания конических зубчатых колес с криволинейными зубьями на специальных зуборезных станках. На рисунке 46 - схема работы резцовой головки.

Рисунок 46-Схема обработки конических колес с круговыми зубьями.

Резцовая головка представляет собой как бы отдельный криволинейный зуб плоского колеса. Это колесо обкатывается по начальному конусу нарезаемого колеса, в то же время резцовая головка вращается вокруг свое оси по стрелке V и резцы вырезают материал из впадин колеса . Резцовая головка выполняется в виде диска, в который вставлены по периферии отдельные резцы. Половина этих резцов обрабатывает профиль одной стороны зуба, другая половин – другой стороны зуба колеса.

22. Дать характеристику конструкции круглого фасонного резца.

23. Зуборезные инструменты. Дать конструкцию червячных передач.

24. Зуборезные инструменты. Дать конструкцию зуборезного шевера для косозубых колес.

25. Зуборезные инструменты. Дать конструкцию зуборезного шевера для прямозубых колес.

26. Методы зубонарезания.

27. Конструкция долбяка зуборезного для нарезания прямозубых колес.

28. Конструкция долбяка зуборезного для нарезания косозубых колес.

29. Конструкция модульных фрез. Методы нарезания зубчатых колес и пазов модульной фрезой.

Инструменты для обработки зубчатых колес. Модульные фасонные фрезы

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.

Метод копирования 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.

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.

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.

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 (рисунок 18). 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 ( ).

Рисунок 18- Формы боковых сторон зубчатого колеса с разным числом зубьев.

Построение 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 ( ).

Пальцевые модульные фрезы предназначены для нарезания прямозубых, косозубых и шевронных колес (с числом шевронов 2 и более) без канавки, когда другой инструмент нельзя применить, например, с модулем m>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.

Инструменты для обработки зубчатых колес. Зуборезные долбяки

Долбяки предназначены для обработки цилиндрических прямозубых, косозубых и шевронных зубчатых колес методом огибания; косозубые и шевронные колеса нарезаются косозубыми долбяками.

Долбяки являются наиболее универсальным зуборезным инструментом для нарезания цилиндрических колес. Ими можно нарезать любое цилиндрическое колесо с наружным и внутренним зацеплением, но преимущественное применение долбяки находят в следующих случаях:

1) при нарезании зубьев блочных колес и колес с буртиками,

2) для обработки колес с внутренним зацеплением,

3) для нарезания шевронных колес без канавки для выхода инструмента,

4) для нарезания точных зубчатых реек методом деления.

5) для нарезания мелкомодульных колес с модулем m<1,5.

Габаритные размеры долбяков определяются числом зубьев и диаметром делительной окружности. Число зубьев у долбяков надо выбирать четным для упрощения технологии изготовления и удобства контроля.

Долбяки изготавливаются трех классов точности: АА – для нарезания колес 6-й степени точности, А – для нарезания колес 7-й степени точности и В – для нарезания колес 8-й степени точности.

Отверстие долбяков изготавливается с допуском по диаметру 0,005 мм; неперпендикулярность оси отверстия к внешней опорной плоскости на расстоянии 30 мм от оси долбяка для долбяков разных классов точности допускается от 0,0025 до 0,005 мм.

В металлообработке применяют следующие типы долбяков:

1) дисковые – для нарезания обычных цилиндрических колес (рис.19,а),

2) чашечные – для нарезания прямозубых колес в упор (рис.19,б),

3) втулочные (рисунок 19, в) и хвостовые (рисунок 19, г) для колес внутреннего зацепления и мелкомодульных колес,

4) косозубые – для косозубых колес,

5) косозубые парные – для шевронных колес.

Долбяк для цилиндрических зубчатых прямозубых колес может быть образован из цилиндрической прямозубой шестерни путем придания ей углов, необходимых для резания: переднего , заднего и боковых задних углов .

Для получения задних углов на вершине и боковых сторонах толщина зуба долбяка (рисунок 20) по мере удаления влево от плоскости ВВ (передней поверхности) должна уменьшаться, т.е. зубья образуются на долбяке путем смещения исходного контура и в любом сечении, перпендикулярном оси, имеют величину смещения . Полученный таким образом из прямозубой шестерни долбяк можно считать корригированным прямозубым колесом с переменным смещением.

Сечение долбяка плоскостью СС, в котором смещение исходного контура =0, т.е. толщина зуба по делительной окружности равна , называется исходным сечением, а расстояние исходного сечения от переднего торца долбяка (плоскость ВВ) называется исходным расстоянием ( ).

Рисунок- 20 Параметры зуба долбяка.

Смещения исходного контура, увеличивающие толщину зуба долбяка против нормальной, равной , и располагающиеся справа от плоскости СС, считаются положительными. Если смещения уменьшают толщину зуба долбяка (влево от плоскости СС), то они считаются отрицательными. По аналогии с зависимостью (6.6) получим:

в сечении ВВ: ,

в сечении DD: .

Значит, долбяк можно рассматривать как совокупность бесконечно большого числа элементарных колес (рисунок 21) с бесконечно малой шириной обода , имеющих соответственно положительное, нулевое и отрицательное смещение и закрепленных на одной оси в порядке убывания величин смещения . Каждое из этих элементарных колес образовано огибающим движением рейки с профильным углом , и поэтому любое сечение долбяка, нормальное его оси, имеет один и тот же эвольвентный профиль. По мере перетачивания долбяка в зацепление с нарезаемым колесом вступает одно из этих бесконечно тонких колес с соответствующей величиной . Поэтому и колеса, нарезанные различными сечениями долбяка, будут иметь один и тот же эвольвентный профиль.

Рисунок 21- Долбяк как набор элементарных колес.

14 Инструменты для обработки зубчатых колес. Червячные зуборезные фрезы

Червячная фреза для обработки зубчатых колес представляет собой червяк с профилем резьбы в виде зуборезной рейки, превращенной в режущий инструмент путем прорезания стружечных канавок и затылования зубьев. Рейка дает правильное зацепление с колесом с любым числом зубьев; в этом состоит огромное преимущество червячной фрезы перед дисковой и пальцевой, которые нарезают колеса с определенным числом зубьев.

Червячная фреза обеспечивает высокую производительность зубофрезерования, так как наличие у фрезы винтовых канавок позволяет вести процесс непрерывно.

Червячные фрезы могут быть одно- и многозаходными. Последние обладают большой производительностью. Однако с увеличением числа заходов резко снижается точность фрезы, поэтому многозаходные фрезы применяются только как черновые. Червячная фреза обеспечивает большую точность по шагу нарезаемого колеса, так как каждый зуб заготовки обрабатывается одними и теми же несколькими зубьями фрезы.

Червячные зуборезные фрезы применяются для черновой, получистовой и чистовой обработки цилиндрических колес с эвольвентным профилем с модулем =0,15...25 мм, наружным диаметром =25...305 мм длиной =12...360 мм, числом зубьев (стружечных канавок) =8...16, числом заходов =1...3. Фрезы изготавливаются классов точности: ААА, АА, А, В, С, и D, которые применяются для колес соответственно 5-9-й и 11-й степеней точности. Фрезы классов С и D выполняются нешлифованными по профилю.

Габаритные размеры червячных модульных фрез для цилиндрических колес регламентируются тремя стандартами.

Изготавливаются мелкомодульные фрезы ( =0,15...0,9) четырех классов точности: ААА, АА, А и В с прямыми осевыми стружечными канавками. ГОСТ 9324-80 регламентирует габаритные размеры чистовых однозаходных модульных фрез. Инструменты по этому стандарту изготавливают трех типов и шести классов точности: тип 1 – цельные прецизионные фрезы =1...8 мм классов точности ААА и АА; тип 2 – цельные фрезы: модулей =1...10 мм классов точности АА, А, В, С и D, модулей =11...14 мм классов АА, А, В, С, и D и модулей =16...20 мм классов точности АА и А; тип 3 – сборные фрезы модулей 8...25 мм классов точности A, В, С и D.

Для нарезания зубчатых колес с эвольвентным профилем под шевингование и шлифование применяются одно- и многозаходные цельные червячные фрезы по ОСТ 2441-3-85 классов точности А, В, С и D и модулей =1...10 мм. Такие фрезы могут иметь нулевой и положительный передний угол ( ). Последние изготовляются только с прямыми стружечными канавками. Фрезы классов С и D всех типов изготовляются нешлифованными по профилю зубьев.

Червячными фрезами можно обрабатывать и корригированные колеса, а также с прямым и косым (винтовым) зубом.

Фреза устанавливается так, чтобы направление ее зубьев (витков) совпадало с направлением зуба колеса (рис. 22).

Обычно косозубые колеса нарезаются теми же фрезами, что и прямозубые. Модуль фрезы выбирается по нормальному модулю косозубого колеса (в сечении, нормальном к винтовой линии на делительном цилиндре колеса). Если , то на фрезе делается заборный конус для более равномерного распределения работы между зубьями фрезы.

В основе конструкции червячной фрезы лежит цилиндрический червяк, представляющий собой тело, ограниченное двумя концентричными цилиндрическими поверхностями и двумя винтовыми поверхностями определенного вида. Различают несколько типов цилиндрических червяков, получивших свое название по форме их поперечного сечения:

прямозубых (а) и косозубых (б) колес

1) архимедов червяк, поперечное сечение – спираль Архимеда, в осевом – прямая линия. Архимедов червяк можно рассматривать как винт с трапецеидальной резьбой. Архимедова винтовая поверхность образуется винтовым движением прямой, пересекающей ось винтового движения под некоторым углом;

2) эвольвентный червяк образуется при винтовом движении образующей прямой, не пересекающей ось винтового движения и расположенной по отношению к ней под углом , равным углу подъема винтовой линии на направляющем цилиндре. В торцевом сечении эвольвентный червяк имеет эвольвенту. Эвольвентная винтовая поверхность развертывается на плоскость. Эвольвентный червяк можно рассматривать как косозубое колесо с большим углом наклона зубьев;

3) конволютный червяк образуется при винтовом движении прямой, не пересекающей ось винтового движения и расположенной по отношению к ней под углом . В нормальном сечении по витку или впадине конволютный червяк имеет прямолинейный профиль, а в плоскости, нормальной оси, – удлиненную эвольвенту.

Архимедов червяк нарезается резцом, режущие кромки которого располагаются в плоскости, совпадающей с осью винтового движения (рис. 23). Угол профиля резца совпадает с углом в осевом сечении червяка. Показанная на рисунке 23, а теоретическая установка резца возможна лишь при небольших углах подъема винтовой линии . В остальных случаях чистовая обработка каждой стороны витка архимедова червяка производится отдельным резцом.

а) б) в)

Рисунок 23- Схемы нарезания архимедова (а), эвольвентного (б) и конволютного (в) червяка:

1 – образующая правой стороны профиля; 2 – образующая левой стороны профиля

Эвольвентный червяк нарезается при установке инструмента по схеме, показанной на рисунок 23,б. Если червяк правозаходный, то левая сторона боковой поверхности витков нарезается резцом, поднятым над осью червяка, а правая – опущенным ниже оси на величину :

,

где - шаг винтовой линии.

На практике очень часто используют для нарезания эвольвентных червяков фасонные дисковые фрезы вместо обработки резцом.

Конволютные червяки нарезаются по двум вариантам (рисунок 23,в): резец устанавливается нормально витку или нормально впадине.

Зубчатые колеса с эвольвентным профилем теоретически правильно могут зацепляться только с эвольвентным червяком, витками которого являются эвольвентные винтовые поверхности.

Червяки других типов с зубьями эвольвентного колеса не сцепляются. Поэтому режущие кромки червячной фрезы должны лежать на поверхности эвольвентного червяка, размеры которого соответствуют размерам нарезаемого колеса. Червяк, на основе которого проектируются червячные фрезы, называется основным.

Режущие кромки 3 (рисунок 24) образуются пересечением поверхности 2 стружечных канавок с задними поверхностями зубьев фрезы 4. Для образования достаточных задних углов задние поверхности смещаются с поверхности основного червяка 1. Они являются также винтовыми поверхностями и имеют с одной стороны шаг и угол подъема больше, с другой – меньше, чем у основного червяка.

Исходя из вышеизложенного, определение профиля зубьев фрезы должно выполняться в следующей последовательности

1) находится уравнение поверхности основного червяка;

2) находится уравнение стружечной канавки, т.е. передней поверхности зубьев, которая при является архимедовой винтовой поверхностью, а при - конволютной винтовой поверхностью;

3) режущая кромка определяется как линия пересечения поверхностей;

4) форма задней поверхности должна быть такой, чтобы при ее пересечении с поверхностью стружечной канавки режущие кромки находились на винтовой поверхности основного червяка.

Рисунок 24- Схема образования зуба червячной фрезы:

1 - поверхность основного червяка, 2 – поверхность стружечной канавки, 3 – режущие кромки, 4 – задние поверхности

15 Червячные фрезы для обработки неэвольвентных профилей

Метод обкатки применим не только для обработки эвольвентных зубчатых колес, но и изделий с прямолинейным и криволинейным профилем, таких, как шлицевые, многогранные и фасонные валики, храповые колеса, звездочки различных типов и т.п. Особое значение метод обкатки имеет для обработки многошлицевых валов.

Для обработки методом обкатки изделий с неэвольвентным профилем применяются червячные фрезы, долбяки и резцы.

Наибольшее распространение получили червячные фрезы, применяемые на горизонтальных и вертикальных зубофрезерных станках, так как они по сравнению с долбяками, обеспечивают: