Что-то вроде лекций или метод (Зубонарезание зубчатых колёс)

Посмотреть архив целиком

5




Глава . ЗУБОНАРЕЗАШЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Зубчатые зацепления

Зубчатая передача является механизмом, который с помощью зубчатого зацепления передает или преобразует движение с изме­нением угловых скоростей и моментов.

Зубчатые передачи применяются для преобразования и передачи вращательного движения между валами с параллельными, пересекаю­щимися и перекрещивающимися осями, а также для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот.

Зубчатые передачи между параллельными валами осуществляются цилиндрическими колесами с прямыми, косыми или шевронными зубь­ями (рис.1,a).

В виду наклона зубьев в передачах с косозубыми колесами увеличивается плавность вращения колес и нагрузочная способность передачи. Недостатком их является возникновение при передаче вращения осевых усилий.

В шевронных колесах сохранены преимущества косозубых, но осевые усилия благодаря противоположному направлению наклона зубьев на каждой половине зубчатого венца оказывается уравнове­шенными.

В зубчатых передачах с пересекающимися осями применяются ко­нические колеса. Они могут быть прямозубыми и косозубыми (рис.1,б).

Широко распространены и червячные передачи вращения между перекрещивающимися осями (рис.1,в).


Они находят широкое приме­нение в приборах различных машин и особенно там, где необходимо получить точные плавные перемещения.

Зубчатые передачи составляют наиболее распространенную и важную группу механических передач. Широкое распространение они получили потому, что могут передавать большие мощности, обеспе­чивать постоянство передаточного отношения, плавность движения, высокий к.п.д. и т.д.

Большое применение зубчатые передачи получили и в оптике. Например, в бомбардировочных прицелах, секстантах, астрокомпасах и других оптических приборах.

Обработка зубьев резанием

Выбор метода зубообработки зависит от многих факторов. Ос­новными из них являются: тип и размер колес; заданная точность изготовления зубьев; наличие оборудование на заводе; размер пар­тии изготавливаемых однотипных колес, определяющий потребную производительность обработки.

Метод копирования

Сущность метода состоит в том, что режущим инструментом последовательно или одновременно нарезаются впадины зубчатого колеса, причем профиль инструмента точно соответствует контуру этих впадин.

Нарезать зубья колес можно на специальных станках, на неко­торых моделях универсальных станков, имеющих механизм единичного деления, и иногда на фрезерных станках с помощью делительной го­ловки.

Нарезание цилиндрических зубчатых колес дисковыми фрезами. Наре­зание цилиндрических зубчатых колес с прямым зубом можно выпол­нить на горизонтальных и универсальных фрезерных станках при по­мощи делительной головки модульными дисковыми фрезами.

Такие фрезы стандартизированы для всего ряда модулей от 0,3 до 16 мм. Для каждого модуля применяется комплект фрез из 8, 15 или 26 штук для чисел зубьев нарезаемых колес от 12 и более. Каж­дая фреза, входящая в набор, нарезает несколько зубчатых колес в определенном диапазоне чисел зубьев.

Профиль резьбы каждого номера соответствует профилю впадины колеса, имеющего наименьшее число зубьев для этого диапазона. Остальные колеса данного диапазона будут нарезаться такой фрезой с некоторыми погрешностями. Чем больше фрез в наборе, тем точнее будут нарезаны колеса. Чаще всего применяют набор фрез 8 штук, обработка которыми позволяет получать зубчатые колеса 9-й степе­ни точности, но для более точных колес берут наборы 15 и 26 штук.





Схема нарезания колеса дисковой фрезой показана на рис.2.





Зубчатые колеса обычно нарезаются по одной или по несколько штук на оправке, что увеличивает производительность за счет вре­мени, затрачиваемого на врезание или выход фрезы, а также за счет вспомогательного времени.

Если же на шпиндельной оправке положить две или три фрезы, каждая из которых будет прорезать впадины зубьев у одной группы заготовок, то производительность будет еще больше. В этом случае применяют многошпиндельные делительные головки. Применение для этих целей полуавтоматических станков, у которых все вспомога­тельные движения (подход заготовок к фрезам, отход их в исходное положение, поворот заготовок на один зуб и останов станка) совер­шаются автоматически, также повышает производительность. Значи­тельное повышение производительности достигается применением твердосплавных фрез.

Нарезание зубьев цилиндрических колес средних модулей 8-9-й степени точности можно производить одновременно двумя фрезами.

Дисковыми модульными фрезами можно также обрабатывать цилин­дрические зубчатые колеса с косым зубом, поворачивая фрезу на угол наклона зуба.



Нарезание пальцевыми модульными фрезами. Такими фрезами нарезают зубья средних и крупномодульных цилиндрических, шевронных колес, реек и др., которые в оптике практически не применяются, по­этому здесь нарезание пальцевыми модульными фрезами не рассматри­вается.

Контурное зубонарезание (рис.3).



В массовом производстве ци­линдрических зубчатых колес небольших размеров и средних модулей применяют метод одновременного долбления всех зубьев - контур­ное нарезание. Этот способ дает высокую производительность (в 8-10 раз выше, чем на обычных зубофрезерных станках) благодаря тому, что многорезцовой головкой со специальными профильными рез­цами одновременно обрабатываются все зубья.

Нарезание зубчатых колес протягиванием. Колеса с внутренними зубь­ями протягиваются на обычных протяжных станках. Для протягивания наружных зубьев используется специальное оборудование и кольцевые протяжки.

Однако, несмотря на высокую производительность и возможную точность нарезания зубьев, вследствие сложности изготовления про­тяжек этот метод не получил широкого распространения.

Метод обкатки

Сущность метода заключается в том, что режущему инструменту и заготовке колеса сообщаются такие взаимосвязанные движения, которые обеспечивают получение требуемого профиля зубьев.

В процессе обработки инструменту, кроме обкаточного движе­ния, дополнительно сообщается движение подачи. Воспроизводится

зацепление зубчатой пары.

Требование высокой точности и плавности зацепления зубчатых колес привели к созданию специальных зуборезных станков. Произ­водительность зубонарезания повысилась. Наиболее распространен­ными являются станки, образующие профиль зуба путем фрезерования или долбления режущими кромками инструмента в непрерывном процес­се обкатки. При обработке долблением получается более правильный профиль, чем при фрезеровании, так как в этом случае неточности инструмента значительно меньше отражаются на профиле зуба, но зато возникающие при обработке удары вредно влияют на станок и инструмент. Вследствие этого метод долбления применяется главным образом для чистового нарезания зубьев; метод фрезерования двух - или трехзаходными фрезами, как наиболее производительный, приме­няется главным образом для чернового нарезания, фрезерование одно - заходными фрезами применяется для чистового нарезания. Методом фрезерования можно нарезать большее количество видов зацепления, как-то: цилиндрические зубчатые колеса с прямыми и косыми зубья­ми, червячные зубчатые колеса, червяки, цепные колеса. Это основ­ной метод нарезания колес.

Зубонарезание червячными фрезами. Высокая производительность, точ­ность 8-9-й степени, универсальность обработки обусловили широкое распространение этого метода. В процессе обработки, движущиеся прямолинейные режущие кромки червячной Фрезы воспроизводят в пространстве зубья рейки, находящейся в зацеплении с колесом.

В результате взаимной обкатки фрезы и нарезаемого колеса, а также движение фрезы вдоль заготовки, на последней образуются прямые или косые зубья. Движение точно согласовано с числом обо­ротов фрезы. За время одного оборота фрезы заготовка должна по­вернуться на К зубьев, где К - число заходов фрезы.

Фреза закрепляется в суппорте, который должен быть повернут так, чтобы ось фрезы была наклонена под углом α подъема вин­товой линии витков фрезы. Нарезаемое зубчатое колесо устанавли­вается на столе станка; он имеет перемещение по станине для ус­тановки на глубину зуба и вращательное движение, благодаря кото­рому осуществляется обкатка зубчатого колеса по отношению к чер­вячной фрезе. Суппорт с фрезой осуществляет подачу движением вдоль зубчатого колеса. При фрезеровании зубчатых колес с косым зубом фреза устанавливается с учетом наклона винтовой линии вит­ков фрезы и угла спирали зуба зубчатого колеса. Если направление

наклона витков линии фрезы и нарезаемого зубчатого колеса одина­ковое, т.е. если фреза и зубчатое колесо правозаходные (рис.4,а) или левозаходные, то угол установки фрезы равен разности углов фрезы и зубчатого колеса, т.е. ; если же направление наклона винтовой линии фрез и зубчатого колеса различно (рис.4,б), то угол установки равен сумме углов, т.е. .


Число проходов фрезы устанавливается в зависимости от вели­чины модуля: зубчатое колесо с модулем до 2,5 мм обычно нарезают за один ход начисто; зубчатое колесо с модулем более 2,5 мм наре­зают начерно и начисто в два и даже в три хода.

Для черновых ходов применяются двух- или трехзаходные фрезы, которые увеличивают производительность, но снижают точность об­работки по сравнению с однозаходными. Поэтому они используются главным образом для предварительного нарезания зубьев.

При нарезаний колес подача фрезы производится в радиальном или осевом направлении (рис. 5).




Радиальное врезание позволя­ет существенно сократить затрату времени работы станка при обра­ботке червячными фрезами больших диаметров.

Для повышения точности зубофрезерования и чистоты обработан­ной поверхности, а также увеличения стойкости червячной фрезы рекомендуется в процессе резания перемещать червячную фрезу вдоль оси из расчета 0,2 мкм за один оборот ее.

Современные станки имеют специальное устройство для осевого перемещения фрезы. Это перемещение может осуществляться:

  1. после нарезания определенного числа колес,

  2. после каждого цикла зубофрезерования, во время смены
    заготовок,

  3. непрерывно при работе фрезы.

В последнем случае происходит диагональных подача фрезы как ре­зультат сложения подач вдоль оси заготовки и вдоль собственной оси фрезы.





























Нарезание червячных зубчатых колес. При нарезании червячных зуб­чатых колес ось фрезы устанавливается перпендикулярно оси обраба­тываемого колеса и точно по центру ее ширины. Нарезать червячные зубчатые колеса можно;

  1. способом радиальной подачи,

  2. способом тангенциальной подачи,

  3. комбинированным способом.

Нарезание червячных колес способом радиальной подачи более рас-пространено, чем другими способы. При этом способе (рис.6,а.) фреза I и нарезаемое зубчатое колесо 2 вращаются; скорости их вращения рассчитываются так, чтобы за один оборот фрезы зубчатое колесо повернулось на число зубьев, равное числу заходов червяка. В отличие от нарезания цилиндрических зубчатых колес суппорт с фрезой стоят на месте, стол же с укрепленным на нем нарезаемым зубчатым колесом осуществляет горизонтальную подачу на глу­бину зуба по направлению к фрезе, т.е. в радиальном направлении.

В зубофрезерных станках, работающих по методу обкатки, пред­назначенных для нарезания зубчатых колес большого диаметра, го­ризонтальная подача осуществляется не столом с заготовкой, а стойкой несущей суппорт с фрезой.

Способ радиальной подачи применяется главным образом для нарезания червячных зубчатых колес однозаходных и реже - двухзаходных.

Способ тангенциальной подачи применяется главным образом для на­резания червячных зубчатых колес к многозаходным червякам; он выполняется при помощи специального суппорта, позволяющего осу­ществлять тангенциальную

(
т.е. по касательной линии к зубчатому колесу), подачу фрезы (рис.6,б).





Стрелка А указывает вращение червячной фрезы, стрелка Б - подачу фрезы по касательной линии к зубчатому колесу, стрелка В - вращение зубчатого колеса. Нарезание зубчатого колеса заканчи­вается, когда все зубья фрезы перейдут за ось зубчатого колеса. При нарезании способом тангенциальной подачи получается более пра­вильный профиль, но себестоимость фрезы значительно выше нормаль­ной и, как сказано, требуется наличие специального суппорта.

Нарезание червячных зубчатых колес комбинированным способом применяется при нарезании единичных ненормализованных червячных зубчатых колес, для которых изготовление червячных фрез экономи­чески не оправдано. Нарезание производится последовательно дву­мя резцами - черновым и чистовым; резец закрепляется в оправке (рис. 7,а), представляя собой как-бы однозубую фрезу. Чистовой резец изготовляется точно по профилю, а черновой уже чистового, благодаря чему остается припуск (≈ 0,5 мм на сторону зуба). Черновой резец врезается на установленную глубину с радиальной подачей, после чего чистовой дорезает зуб с тангенциальной пода­чей. Резцы - черновой и чистовой можно менять; часто закрепляют оба резца в одной оправке (рис. 7,б), на определенном расстоя­нии один от другого.

Нарезание зубьев червячного глобоидного колеса обычно состо­ит из двух операций: предварительного нарезания при радиальной подаче и чистового нарезания при круговой подаче и точно задан­ном межосевом расстоянии. Инструментом для предварительного и окончательного нарезания зубьев глобоидного колеса в индивидуаль­ном и мелкосерийном производствах являются два "летучих" резца (рис. 7,в ). Кроме тих резцов, как предварительное, так и окон­чательное нарезание можно производить глобоидной гребенкой или глобоидной фрезой (рис. 7,г).




Нарезание зубьев долбяками. В процессе обработки воспроизводится зубчатое зацепление двух колес одинаковой формы и одного и того же модуля, одно из которых является режущим инструментом (долбяком), а другое - заготовкой. Долбян совершает возвратно-поступа­тельное движение, при этом и долбяк и заготовка вращаются, как бы находясь в зацеплении.

Схема нарезания зубьев цилиндрических колес с прямыми и ко­сыми зубьями приведена на рис. 8.


Поступательное движение долбяка вниз является движением резания, а поступательное движе­ние вверх - холостым ходом. Чтобы предохранить обрабатываемую поверхность зубьев от повреждения во время холостого хода, дол­бяк и заготовка отводятся друг от друга на величину

мм.

При нарезании косозубых колес косозубыми долбяками применя­ют винтовые копиры.

Для нарезания зубчатых колес с винтовым зубом применяется долбяк тоже с винтовым зубом и тем же углом подъема винтовой ли­нии. Долбяк получает добавочное вращение по винтовой линии от специального копира, помещающегося в верхней части шпинделя дол­бяка.

Горизонтальная подача долбяка осуществляется двумя способами:

  1. при помощи ходового винта специального и автоматического
    делительного механизма (крупных станках),

  2. при помощи одного из трех специальных копиров, из которых применяется тот или другой в зависимости от числа ходов, не­
    обходимого для нарезания полного профиля зубьев.

Обработка за один ход применяется для зубчатых колес с моду­лем 1-2 мм, за два хода - с модулем 2,25 - 4 мм и за три хода - при модулях, превышающих 4 мм, а также при меньших модулях, но при повышенных требованиях к точности ж чистоте обработки.

Обычно зубчатые колеса даже средних модулей предварительнообрабатываются на зубофрезерных станках, а чистовая обработка

производится на зубодолбежных станках за один и (реже) за два

хода.

Предварительное нарезание зубьев на зубофрезерных станках часто бывает более производительным, чем на зубодолбежных стан­ках. При обработке зубьев модулем 5 мм и более, когда снимается значительное количество металла, зубофрезерные станки более про­изводительны, чем зубодолбежные. При нарезании зубьев с модулем до 2,5 мм, когда металла снимается сравнительно мало, более про­изводительными и точными являются зубодолбежные станки.

Следует отметить, что быстрозаходные зубодолбежные станки с числом ходов долбяка 600-700 в минуту обладают высокой произво­дительностью зубонарезания.

Производительность зубодолбления значительно повышается при совмещении черного и чистового нарезания зубьев с одновременным применением двух или трех долбяков, установленных на зубодолбежном станке.

С целью увеличения производительности зубодолбежных станков при нарезании зубчатых колес малых и средних модулей применяют комбинированные долбяки, которые производят последовательно чер­новое и чистовое нарезание зубьев за один оборот долбяка. У таких долбяков часть зубьев, имеющих уменьшенную толщину, служит для чернового долбления, другая часть - для чистового окончательного. Кроме того, на долбяке имеется участок без зубьев, позволяющий снимать обработанное зубчатое колесо с оправки и надевать заго­товку на оправку без отвода шпинделя с долбяком.

Комбинированные долбяки пригодны только для нарезания зубча­тых колес с определенным числом зубьев, вследствие чего их целе­сообразно применять главным образом в крупносерийном и массовом производстве. Они непригодны для зубчатых колес с большим числом зубьев, так как число зубьев нарезаемого колеса, ввиду чего дол­бяки получаются больших размеров.

Зубодолбежные станки наряду с высокой производительностью дают чистую обработанную поверхность зубьев 7-8-й степеней точно­сти. На специальных зубодолбежных станках можно нарезать двумя специальными долбяками шевронные колеса, а также зубья на блоках зубчатых колес с 2-4 венцами при тесном расположении их, когда фрезерование их невозможно.

Обработка долбяками в виде гребенок на зубострогальном станке. В процессе обработки воспроизводится зубчатое зацепление гребенки

(рейки) с колесом. Нарезаемым колесом является заготовка, а ре­жущим инструментом - гребенка, которую изготовлять и затачивать проще, чем долбяк. Этот способ используется для нарезания цилин­дрических прямозубых и косозубых колес. В последнем случае суп­порт с гребенкой повертывается на угол наклона зуба.

Гребенки изготовляются трех типов в зависимости от модуля и характера обработки:

  1. обдирочная - для чернового нарезания,

  2. отделочная - для чистового нарезания,

  3. шлифовочная.

Обдирочные гребенки изготовляются меньшей ширины, чем отделочные; после обдирки остается припуск 0,5 мм на сторону зуба.

Н
арезание гребенкой ввиду меньшей производительности по срав­нению с нарезанием дисковым долбяком и червячной фрезой применя­ется редко.

Обработка резцами (рис.12).


При нарезании конических колес воспроизводится зацепление конической пары колес, одно из кото­рых (воображаемое) - плоское. В качестве зубьев плоского кони­ческого колеса можно применять резцы с прямолинейно режущими кромками, закрепленные в поворачивающейся люльке. При нарезании колесо как-бы находится в зацеплении с воображаемым плоским ко­ническим колесом, зубьями которого являются эти резцы. Резцы со­вершают вращательное и прямолинейное возвратно-поступательное движение, постепенно прострачивая на заготовке соответствующие впадины.

После нарезания одного зуба люлька и заготовка поворачивают­ся в исходное положение. Затем заготовка поворачивается на угло­вой шаг, и процесс повторяется. Существует много способов наре­зания конических колес методом обкатки; режущим инструментом при этом может быть один или два резца, дисковые фрезы, резцовые го­ловки.

Метод зуботочения

Новый метод нарезания зубьев, называемый зуботочением, пред­назначен для нарезания прямых и косых зубьев цилиндрических зуб­чатых колес на зубофрезерных станках с помощью долбяка, исполь­зуемого в качестве многорезцового инструмента.

Зацепление инструмента с нарезаемым зубчатым колесом рас­сматривается как зацепление двух винтовых зубчатых колес, при котором происходит продольное скольжение поверхностей зубьев, являющееся в данном случае движением, осуществляющим процесс реза­ния. На зубофрезерном станке вместо червячной фрезы устанавлива­ется долбяк под углом (рис. 9,а) к оси заготовки. Углы долбяка и заготовки подбираются таким образом, чтобы разность между углами винтовой линии инструмента и заготовки не была равной нулю.

Нарезание прямых зубьев производится косозубым долбяком (рис. 9,а), а нарезание косозубых колес с углом наклона 45° -прямозубым долбяком (рис. 9,б).





Производительность этого метода в 2-4 раза выше производительности зубофрезерования однозаходной фрезой.

Нарезание зубьев конических зубчатых колес

Некоторые методы нами уже были рассмотрены выше.

Для нарезания зубьев конических зубчатых колес 7-8-й степе­ней точности требуются специальные зуборезные станки; при отсут­ствии их конические зубчатые колеса с прямым и косым зубом можно нарезать на универсально-фрезерном станке при помощи делительной головки дисковыми модульными фрезами; конечно, точность обработ­ки при этом способе ниже (9-10-я степень).

По назначению, конструктивным и технологическим признакам конические колеса можно разбить на три типа:

  1. Ведущие или ведомые колеса, имеющие ступицу с отноше­
    нием 1/
    d>1 (рис. 10,а), обрабатываются такие колеса на оправке с базированием по отверстию и торцу.

  2. Венцовые ведомые колеса (рис. 10,б), изготовляемые в
    патроне с базированием по торцу и отверстию.

  3. В
    едущие колеса-валы (рис. 10,в), обрабатываемые в
    центрах.





У колес первого типа отверстие может быть шлицевым, со шпон­кой или гладким. У колес второго типа - отверстия гладкие. Так как торец и отверстие колес второго типа являются технологически­ми базами, то их обычно обрабатывают с одной установки; базовые поверхности А1 и Б1 у колес - валов подготовляются шлифованием до нарезания зубьев.


Метод копирования из-за погрешностей в самой кинематической схеме образования зуба применяется только для предварительного нареза­ния или для получения колес невысокой точности.


Заготовку I конического зубчатого колеса устанавливают на оправке в шпиндель делительной головки 2 (рис. 11,а), который поворачивают в вертикальной плоскости до тех пор, пока образуются

впадина между двумя зубьями не займет горизонтального положения. Нарезаются зубья обычно за три хода и только при малых модулях за два хода.

При первом ходе фрезеруется впадина между зубьями шириной b2 (рис. 11,б);

форма фрезы соответствует форме впади­ны на ее узком конце; второй проход производят модульной фрезой, профиль которой соответствует наружному профилю зуба, поворачивая при этом столик с делительной головкой на угол :

где b1 - ширина впадины между зубьями на ее широком конце,мм,

b2 - то же, на узком конце, мм,

l - длина впадины.

При таком положении фрезеруются все левые бока зубьев (площадка I - рис. 11,б). За третий ход фрезеруются все правые бока зубь­ев (площадка 2), для чего

делительную головку поворачивают на тот же угол, но в другую сторону.

Этот способ нарезания зубьев малопроизводителен.

Метод обкатки (огибация) - основной, наиболее точный и производи­тельный метод нарезания конических зубчатых колес.

Этот метод был уже рассмотрен. Схема нарезания прямозубого конического колеса приведена на рис. 12. Процесс нарезания основан на принципе зацепления обрабатываемой детали I с вообра­жаемым плоским колесом 2, одним из зубьев которого как бы являют­ся два строгальных резца 3. При этом деталь устанавливается та­ким образом, чтобы образующая конус впадина зуба была параллельна направлению резания.