книги / Основы технологии машиностроения. Методы обработки заготовок и технологические процессы изготовления типовых деталей машин

9. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Зубчатые колеса делятся на цилиндрические, кониче- ские, червячные. Первые наиболее распространены. Их вы- полняют одновенцовыми или многовенцовыми. По конфи- гурации зубчатые колеса изготавливают в виде дисков

сгладкими или шлицевыми отверстиями, а также в виде фланцев и валиков (с хвостовиками). У цилиндрических колес зубья выполняют прямыми, косыми, криволиней- ными и шевронными; у конических – прямыми, косыми и криволинейными.

Допуски цилиндрических эвольвентных зубчатых ко- лес регламентированы ГОСТ 1643–81 со степенями точно- сти от 3 до 12.

Вмашиностроении в основном применяют 5-, 6-, 7-, 8- и 9-ю степень (степени точности 1 и 2 применяют край- не редко по договоренности изготовителя с заказчиком). ГОСТ 1643–81 устанавливает требования к кинематической точности зубчатых колес, плавности их работы и контакту зубьев. Кроме того, стандарт регламентирует нормы боково- го зазора сопряжения, который служит для компенсации по- грешностей изготовления зубчатых колес, обеспечивая нор- мальные условия смазки, а также компенсации погрешно- стей сборки и температурных деформаций. Допуски на ко- нические зубчатые передачи определены в ГОСТ 1758–81, а на червячные передачи – в ГОСТ 3675–81.

Взависимости от условий эксплуатации зубчатых колес назначается определенная степень точности их изго- товления. Зубчатые колеса, предназначенные для передачи

сособо строгой согласованностью движений или работаю- щие при окружных скоростях от 100 до 150 м/с, должны изготавливаться по 3–4-й степени точности в соответствии

171

с ГОСТ 1643–81. Зубчатые колеса редукторов двигателей внутреннего сгорания, коробок скоростей автомашин и стан- ков, предназначенные для передачи с точной согласованно- стью вращения на повышенных скоростях (прямозубые до 15м/с, косозубые – до 30 м/с) при больших нагрузках, изготавливают по 6-й степени точности. Умеренно нагру- женные высокооборотные (прямозубые до 10 м/с и косозу- бые – до 15 м/с) изготавливают по 7-й степени точности. Зубчатые колеса общего назначения (например, для стан- ков), не входящие в делительные цепи, зубчатые колеса для сельскохозяйственных машин изготавливают по 8-й степе- ни точности. Слабонагруженные тихоходные зубчатые ко- леса изготавливают по 9-й степени точности.

Точность зубчатого колеса обозначается трехзначным числом, а боковой зазор (сопряжение зубчатых колес) обо- значают одной из шести букв A, B, C, D, E, H в порядке убы- вания гарантированного бокового зазора (A – увеличенный зазор, B – нормальный, C – уменьшенный, D – малый, E – особо малый, H – нулевой). Например, 7-6-6-В или 8-7-6-С: первая цифра характеризует степень кинематической точно- сти зубчатого колеса, вторая – плавность работы передачи, третья – контакт зубьев, буква – боковой зазор сопряжения.

Требование получения высокой точности и плавности зацепления зубчатых колес, а также стремление повысить производительность зубонарезания привели к созданию специальных зуборезных станков.

Наиболее распространенными методами нарезания венцов зубчатых колес является зубофрезерование и зубо- долбление. При обработке на зубодолбежных станках по- лучается более правильный профиль эвольвенты, чем при зубофрезеровании. Поэтому метод зубодолбления приме- няется для чистового нарезания зубьев, а метод зубофрезе-

172

рования двухзаходными и (или) трехзаходными фрезами – для чернового нарезания зубьев. На зубофрезерных станках можно нарезать зубчатые венцы шестерен с прямыми и ко- сыми зубьями, червячные зубчатые колеса, червяки, шли- цевые валики, цепные колеса.

9.1. Обработка цилиндрических зубчатых колес

Нарезание зубьев можно производить методом копи- рования и методом обката.

9.1.1. Обработка цилиндрических колес методом копирования

Метод копирования заключается в последовательном фрезеровании впадин между зубьями фасонной дисковой модульной фрезой на горизонтальных или универсальных фрезерных станках (в качестве СОЖ применяют эмульсию) при помощи делительных головок, обеспечивая 8–10-ю сте- пень точности. Модульные дисковые фрезы изготавлива- ются набором из 8 или 15 штук для каждого модуля. Обыч- но применяют набор фрез из 8 штук, обработка которыми позволяет получать зубчатые колеса 9–10-й степени точно- сти. Для изготовления более точных зубчатых колес (8 сте- пени точности) требуется набор из 15 фрез. Для получения еще более высокой степени точности зубчатых колес необ- ходим набор из 24 фрез. Столь большое (от 8 до 24 штук) количество фрез в каждом наборе необходимо потому, что для различного числа зубьев колес размеры впадин между зубьями различны. Каждая фреза набора предназначена для определенного интервала числа зубьев. Шерохова- тость поверхности зависит от качества заточки фрез и ре- жимов обработки и, как правило, находится в диапазоне Ra = 1,5…5,0 мкм. Зубчатые колеса обычно нарезают по од-

173

ной (рис. 9.1, а) или по несколько штук на оправке (рис. 9.1, б), что увеличивает производительность обработки за счет уменьшения времени, затрачиваемого на врезание и выход фрезы, а также вспомогательного времени.

Рис. 9.1. Нарезание зубьев зубчатых колес дисковыми модуль- ными фрезами: а – одной заготовки; б – нескольких заготовок на одной оправке; в – тремя фрезами одновременно;

г – с применением трехшпиндельной головки; д – одновременно двумя модульными фрезами

Если на шпиндельной оправке расположить две или три фрезы (рис. 9.1, в), каждая из которых будет проре- зать впадины зубьев у одной заготовки (группы загото- вок), то производительность будет еще выше. В этом слу- чае применяют многошпиндельные делительные головки (рис. 9.1, г). Применение для этих целей полуавтоматиче- ских станков, у которых все вспомогательные движения (подвод заготовок к фрезам, их отвод в исходное положе- ние, поворот заготовок на один зуб и останов станка) со- вершаются автоматически, также повышает производи- тельность.

Значительное повышение производительности дости- гается, кроме того, применением твердосплавных фрез.

Нарезание зубьев цилиндрических зубчатых колес средних модулей (модуль 3–7 мм) 8–9-й степени точности можно производить двумя дисковыми модульными фреза-

174

ми (рис. 9.1, д). Черновое нарезание таких же зубчатых ко- лес крупных модулей (модуль 7,5–20 мм) осуществляется тремя дисковыми фрезами, но не модульными, а угловы- ми (рис. 9.2, а). Черновое нарезание зубьев очень крупных модулей (более 20 мм) прямозубых колес можно выпол- нить специальными дисковыми фрезами (рис. 9.2, б), при этом станок должен быть оснащен специальными шпинде- лями. Одним шпинделем можно фрезеровать отдельно каж- дую сторону зубьев. Производительность при этом будет почти в два раза меньше, но зато можно использовать гори- зонтальный или универсальный фрезерный станок.

Рис. 9.2. Нарезание зубьев зубчатых колес диско- выми фрезами: а – тремя дисковыми угловыми фрезами; б – двумя специальными

дисковыми фрезами

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

Пальцевыми модульными фрезами нарезают зубья средних и крупных модулей цилиндрических (рис. 9.3, а), шевронных (рис. 9.3, б) зубчатых колес, реек и др. Обра- ботку производят на вертикальных, горизонтальных или универсальных фрезерных станках (в качестве СОЖ ис- пользуют эмульсию), обеспечивая 9–11-ю степень точности и шероховатость поверхности Ra = 1,5…2,5 мкм.

175

Зубья крупных мо- дулей (с модулем более 20 мм) начерно нарезают двухугловой пальцевой фрезой (рис. 9.3, в) или последовательно двумя угловыми пальцевыми фрезами (рис. 9.3, г).

Нарезание цилинд- рических зубчатых колес дисковыми модульными фрезами, а также специ- альными фрезами при- меняют преимуществен- но в единичном и мел- косерийном производст-

ве при отсутствии специальных зуборезных станков, потому что такой способ нарезания дает сравнительно малую произ- водительность и низкую точность.

9.1.2. Обработка цилиндрических колес методом обкатки

Зубонарезание на зубофрезерных станках наружных зубчатых колес с прямыми и косыми зубьями, а также червячных колес производится на станках моделей 5Д32, 5Е32 и др. (в качестве СОЖ используется масло типа И-20А) червячными фрезами, обеспечивая 8–9-ю степень точности и шероховатость поверхности Ra = 1,5…2,5 мкм.

Червячные фрезы бывают однозаходными и много- заходными. В процессе нарезания червячная фреза и наре- заемое колесо находятся в состоянии зацепления. Это за-

176

цепление соответствует червячной передаче с передаточ- ным числом

i = nф = zз , nз k

где nф и nз – частота вращения фрезы и зубчатого колеса в минуту; k – число заходов червячной фрезы; zз – число зубьев нарезаемого зубчатого колеса.

Схема нарезания зубь- ев червячной фрезой пред- ставлена на рис. 9.4.

Фреза 1 устанавлива- ется к направлению подачи под углом подъема зубьев фрезы на делительном ци- линдре (на шпинделе зу- бофрезерного станка). За- готовка 2 получает враща-

тельное движение, а фреза, кроме вращательного движения, имеет еще поступательное движение подачи вдоль обра- зующей поверхности зубчатого колеса.

При нарезании прямозубых цилиндрических колес на станке настраивают три гитары: гитару главного дви- жения, обеспечивающую требуемую скорость резания; гитару осевой подачи, служащую для перемещения фре- зерного суппорта за период одного полного поворота зуб- чатого колеса; гитару обкатки, обеспечивающую равенст- во скоростей продольного перемещения прямобочной ис- ходной режущей рейки и вращения зубчатого колеса. Для обеспечения обкатки нарезаемого зубчатого колеса по ис- ходной режущей рейке необходимо, чтобы за один оборот фрезы заготовка повернулась на угол, равный отношению числа заходов фрезы к количеству зубьев нарезаемого зубчатого колеса.

177

При обработке зубчатых колес с косыми зубьями на- страиваются четыре гитары станка: гитара главного движе- ния, гитара подач, гитара обкатки и гитара дифференциала. Последняя гитара настраивается из условия, что фрезерный суппорт перемещается вдоль оси заготовки на величину шага спирали обрабатываемого зубчатого колеса за время одного полного оборота заготовки.

При нарезании зубчатых колес с косыми зубьями фрезерный суппорт устанавливается с учетом наклона вин- товой линии витков фрезы α и угла спирали зуба зубчатого колеса β.

Если направление наклона винтовой линии фрезы и нарезаемого колеса одинаковы (например, фреза и зубча- тое колесо правозаходные и левозаходные соответственно), то угол установки фрезы равен разности углов фрезы

изубчатого колеса, то есть β´ = α – β; если же направление наклона винтовой линии фрезы и зубчатого колеса различ- но, то угол установки фрезы равен сумме углов фрезы

изубчатого колеса, то есть β´ = α + β (где β´ – угол поворота).

Взависимости от величины модуля нарезаемого зуб- чатого колеса устанавливается число проходов фрезы: зуб- чатое колесо с модулем до 2,5 мм нарезают за один проход – начисто; зубчатое колесо с модулем больше 2,5 мм нарезают за два прохода – начерно и начисто.

Кроме обычной схемы зубофрезерования цилиндри- ческих зубчатых колес известен метод диагонального зу- бофрезерования, в соответствии с этим методом обработка производится при наличии двух подач: продольной (вдоль оси обрабатываемой заготовки) и тангенциальной (вдоль оси червячной модульной фрезы). При такой схеме обра- ботки в резании участвуют все режущие зубья фрезы, что способствует повышению стойкости фрезы. Однако точ- ность обработки при диагональном зубофрезеровании сни- жается из-за погрешностей в кинематической цепи услож- ненного механизма фрезерной головки.

178

При фрезеровании зубьев колес из сталей средней твердости черновые проходы выполняют при скоростях ре- зания 25–30 м/мин, а чистовые – при 35–40 м/мин. Соответ- ственно продольная подача фрезы принимается при черно- вых проходах 1,5–2,0 мм на оборот заготовки и на чистовых проходах – при 0,5–1,0 мм на оборот заготовки. В качестве СОЖ применяют масло.

Нарезание прямых, косых и спиральных (винтовых) зубьев цилиндрических зубчатых колес на зубодолбежных станках отечественных производителей (станки моделей

5А12, 5122, 5122Б, 5122В, 5А14, 5140, 5150, 5А16, 5161)

изарубежных фирм «Феллоу» (США), «Лоренц» (США) может производиться методом обкатки режущими инстру- ментами – долбяками в виде шестерен (круглые, дисковые долбяки) и в виде гребенок (реек). Долбяками в виде гребе- нок (реек) можно нарезать зубья колес только наружного зацепления. Долбяками в виде шестерен (круглыми дол- бяками) можно нарезать зубья колес как наружного, так

ивнутреннего зацепления.

Долбяк, являющийся режущим инструментом, имеет форму шестерни того же модуля, что и нарезаемое зубчатое колесо. Способ нарезания цилиндрического зубчатого коле- са методом обкатки с помощью круглого долбяка заключа- ется в том, что в процессе обработки колеса воспроизводится зубчатое зацепление двух зубчатых колес, одно из которых является режущим инструментом (долбяком), а другое – за- готовкой. Для обработки зубчатого колеса (рис. 9.5) необ- ходимо, чтобы долбяк 1 совершал возвратно-поступатель- ное движение, как правило, в вертикальной плоскости, в ре- зультате чего на заготовке 2 образуются зубья. Зубчатая па- ра, установленная на зубодолбежном станке, взаимно кинематически связана и в процессе обкатки воспроизводит зубчатое зацепление. Колесо 1 (долбяк) служит режущим инструментом и одновременно производит вертикальное

179

за один или несколько ходов, необходимых для нарезания полного профиля зубьев (под ходом при зубодолблении по- нимается полный оборот заготовки в процессе нарезания). Обработка долбяком за один ход применяется для зубчатых колес с модулем от 1до 2 мм, за два хода – с модулем от 2,25 до 4 мм и за три хода – при модулях, превышающих 4 мм, а также при меньших модулях, но при повышенных требо- ваниях к точности и шероховатости поверхности.

Рис. 9.6. Виды круглых долбяков

180