Зуборезные станки

Для нарезания цилиндрических зубчатых колес применяются зубофрезерные и зубодолбежные станки. Наибольшее распространение в тяжелом машиностроении получили мощные универсальные зубофрезерные станки, обладающие высокой производительностью, широкой универсальностью, надежностью в работе и более высокой точностью по сравнению с зубодолбежными станками.

На этих станках можно нарезать червячной фрезой прямозубые, косозубые, шевронные и червячные колеса, а при наличии дополнительных устройств работать летучими резцами, пальцевыми и дисковыми фрезами и соответственно нарезать червячные, шевронные колеса и колеса с внутренним зацеплением. Возможность перехода от обкатки к единичному делению создает весьма благоприятное условие для предварительной прорезки заготовок высокопроизводительными дисковыми фрезами.

Более высокая точность зубофрезерования червячной фрезой объясняется тем, что при зубодолблении режущей шестерней впадины зубьев профилируются различными зубьями долбяка. Поэтому ошибка окружного шага зубьев долбяка в сочетании с ошибками делительной цепи зубодолбежного станка и цепи вращения инструмента увеличивают шаговые погрешности колеса.

При работе червячной фрезой боковая поверхность зубьев изделия будет образовываться конечным числом элементарных профилирующих резов фрезы, при этом на каждом зубе изделия будут циклично повторяться все профилирующие резы, таким образом, каждому элементу поверхности одного зуба колеса, образованному определенной режущей кромкой, будет соответствовать такой же элемент поверхности другого зуба изделия, образованного той же режущей кромкой рассматриваемого зуба фрезы. В этом случае накопленная погрешность окружного шага зависит от погрешностей зуборезного станка, так называемого кинематического эксцентрицитета, и погрешностей установки детали — установочного эксцентриситета — и не зависит от погрешностей инструмента. Ошибки же червячной фрезы сказываются на отклонениях основного шага и профиля зубьев колеса.

Эти особенности образования зубьев червячной фрезой позволяют применять зубофрезерные станки для нарезания наиболее точных зубчатых колес, что и подтверждается практикой отечественного и зарубежного производства турбинных редукторов.

Относительно недавно производственные возможности зубообрабатывающих станков ограничивались диаметром нарезаемого колеса 5 м и нарезание более крупных деталей представляло сложную задачу. В настоящее время отечественное станкостроение выпускает зубофрезерные станки модели 5355С с вертикальным расположением оси заготовки для нарезания колес диаметром до 12 м, при этом производится обработка червячной фрезой до модуля 30, дисковой до модуля 40 и пальцевой до модуля 75. При наличии механизма реверса, который может встраиваться в станок по особому заказу, имеется возможность нарезать пальцевой фрезой колеса с закрытым углом шеврона. Станки также оборудуются головками для обработки венцов внутреннего зацепления пальцевыми фрезами с максимальным, модулем 50. Аналогичные станки выпускаются к зарубежными фирмами, в частности в Англии производятся станки для нарезания зубчатых колес диаметром до 9 м.

Для обработки шестеренных валов применяются станки с горизонтальной осью расположения заготовки. На этих станках имеется возможность производить обработку цилиндрических шестерен с прямыми, косыми и шевренными (с канавкой) зубьями червячной фрезой и методом единичного деления пальцевой и дисковыми фрезами а также колес с закрытым углом шеврона пальцевой фрезой. Наиболее крупная модель 5375 рассчитана на обработку шестеренных валов диаметром до 1250 мм при наибольшей длине фрезерования 3000 мм и максимальной длине вала 5500 мм; наибольший модуль нарезаемых шестерен червячной фрезой 30 и пальцевой 50. Точность работы этих станков при работе пальцевыми фрезами соответствует обычно 9 степени.

Зарубежные фирмы выпускают зубофрезерные станки с горизонтальной осью заготовки более узкого назначения, работающие только пальцевыми фрезами, которые применяются в основном для нарезания шевронных валов шестеренных клетей прокатных станов и аналогичных силовых передач. Станки такого типа изготовляются для нарезания шестеренных валов диаметром до 1500 мм и максимальным модулем 75. В некоторых случаях на них обрабатываются крупномодульные прямозубые шестерни.

Для прямозубых колес в зависимости от точности зацепления нарезание пальцевой фрезой может быть окончательной или только черновой операцией с последующей чистовой обработкой червячной фрезой.

Зубодолбежные станки, работающие долбяком-шестерней, находят ограниченное применение вследствие их меньшей универсальности, более низкой производительности и точности и относительно сложного инструмента. Они используются для нарезания шевронных передач без канавки в тех случаях, когда работа пальцевой фрезой не обеспечивает необходимой точности, например, шестеренных валов быстроходных шестеренных клетей, венцов мельниц и других передач, а также венцов внутреннего зацепления. Точность колес, нарезаемых на этих станках, обычно соответствует восьмой степени. На заводах тяжелого машиностроения встречаются станки этого типа иностранных фирм для зубчатых колес диаметром 6 и 8 м до модуля 36, а также более мелкие модели для колес диаметром 1200—1600 мм с максимальным модулем 12.

Образование шевронных зубьев достигается наличием двух винтовых копиров и работой двух попеременно режущих косозубых долбяков. Правая сторона колеса нарезается левым долбяком, а левая соответственно правым. Замена винтовых копиров и косозубых долбяков одним прямым копиром и прямозубым долбяком позволяет нарезать колеса с прямыми зубьями. Применение специального приспособления, которое устанавливается на долбежную головку, дает возможность нарезать венцы с внутренним зацеплением.

Зубострогальные станки, работающие долбяком-гребенкой, обеспечивают высокую точность профиля нарезаемых колес и хорошую чистоту обрабатываемой поверхности. Однако конечная длина гребенки приводит при нарезании к необходимости пересопряжения положения колеса и инструмента, процесс зубонарезания периодически прерывается, и в зависимости от конструкции станка колесо или гребенка возвращаются в исходное положение. Так продолжается до тех пор, пока не будут нарезаны поочередно все зубья. Это приводит к появлению дополнительных погрешностей окружного шага нарезаемого колеса вследствие ошибок пересопряжения и местного износа винта подачи стола или винта подачи инструмента.

Таким образом, на станках, работающих гребенкой, зубчатые колеса обычно получаются более низких степеней точности, чем при нарезании червячной фрезой.

Станки, работающие гребенкой, существуют двух видов: типа Сондерлянд, на которых косозубые и шевронные колеса нарезаются с применением сменных направляющих и соответствующих комплектов косозубых гребенок для каждого угла, и типа Мааг, у которых нарезание прямых и косозубых колес с любым углом наклона зубьев производится для каждого модуля одной и той же прямозубой гребенкой.

Станки первого типа имеют горизонтальное расположение оси заготовки, и на них могут выполняться зубчатые колеса с прямыми, косыми и шевронными зубьями. Шевронные зубья могут нарезаться без канавки для выхода инструмента.

Станки второго типа имеют вертикальное расположение оси заготовки, и на них выполняются те же работы, за исключением того, что шевронные колеса нарезаются только при наличии канавки для выхода инструмента. Эти станки могут быть оборудованы дополнительной головкой, и тогда появляется возможность при помощи долбяка шестерни нарезать венцы внутреннего зацепления.

Станки типа «Сандерлен» производства фирмы «Паркинсон» в силу указанных причин встречаются на заводах тяжелого машиностроения редко и представлены отдельными моделями, позволяющими вести обработку зубчатых колес диаметром; до 2000 мм.

Станки типа «Мааг» встречаются чаще, однако также относительно (некрупных моделей для нарезания колес диаметром до 1800 мм с максимальным модулем 20. В практике за рубежных заводов применяются станки этого типа для зубчатых колес диаметром до 3000 мм и максимальным модулем 25 (модель SН-300).

Для достижения высокой точности в некоторых случаях находят применение зубоотделочные процессы: шевингование и даже шлифование профиля зубьев. Отечественное станкостроение для шевингования крупных зубчатых колес выпускает станки модели 5706 и 5708. Последняя модель позволяет шевинговать колеса диаметром до 4000 мм при ширине обода до 2400 мм с максимальным модулем 16. За рубежом Щевинговальные станки выпускает английская фирма «Дэвид Браун» для колес диаметром 5080 мм при ширине обода 2540 мм (модель 3200Н). Наиболее крупный зубошлифовальный станок изготовлен фирмой «Мааг» (модель Н55-360). На этом станке можно шлифовать колеса диаметром до 3600 мм при ширине 1000 мм и максимальном модуле 20.