Нарезание зубьев зубчатых колёс методом обкатки

При методе обкатки заготовка и инструмент воспроизводят движение пары сопряженных элементов зубчатой или червячной передачи. В процессе обкатки инструменту сообщается дополнительное движение – движение резания. Инструмент имеет форму детали, которая могла бы работать в зацеплении с нарезаемым колесом (зубчатое колесо, зубчатая рейка, червяк) – (долбяки) или инструмент выполняют таким образом, чтобы его режущие кромки в пространстве описывали поверхность профиля зубьев (червячные фрезы). В процессе взаимного обкатывания заготовки и инструмента режущие кромки инструмента, постепенно удаляя материал из нарезаемой впадины заготовки, образуют на ней зубья.

Процесс нарезания зубчатых колёс с помощью червячных фрез носит название – зубофрезерование; дисковыми долбяками (зубодолбление); и долбяками в виде гребёнок (зубострогание).

По сравнению со схемой копирования схема обкатки более производительная и более точная.

 

Зубонарезание червячными фрезами

Для нарезания зубьев этим методом требуются универсальные зубофрезерные станки и специальный режущий инструмент – червячные фрезы. Станки выпускают с горизонтальной или вертикальной осями вращения фрезы. Метод является высокопроизводительным. Фрезу на станке устанавливают под углом подъёма b винтовой линии витков фрезы. Червячная фреза кроме V вращения, совершает поступательное движение подачи S_пр вдоль образующей цилиндра нарезаемого кольца, в результате чего колесо обрабатывается по всей его ширине.

Червячными фрезами нарезают прямозубые и косозубые зубчатые колёса. Если нарезается косозубое зубчатое колесо, то зубчатому колесу назначается дополнительное вращательное движение, т.е. движение в + к вращению обкатки.

Чтобы повысить производительность при зубофрезеровании нужно:

- увеличить диаметр фрезы (повышается стойкость инструмента);

- жёсткость её установки;

- использовать специальные инструментальные материалы (твёрдосплавные, композиционные);

- применять многозаходные червячные фрезы;

- увеличивать число одновременно обрабатываемых колёс.

 

Нарезание зубьев долбяками

Режущим инструментом является долбяк – это по сути зубчатое колесо с эвольвентным профилем зубьев или гребёнка (рейка).

Зубодолблением можно обрабатывать заготовки с прямыми и косыми зубьями. Обработка ведётся на специальных зубодолбежных станках типа 512, 5А12

Зубодолбление представляет собой зацепление (беззазорное), т.к. их окружные скорости на начальных окружностях равны, а частота вращения и числа зубьев связаны передаточным отношением . Долбяк в процессе обработки вместе с колесом совершает обкатывание. Делительный диаметр долбяка катится без скольжения по делительному диаметру заготовки. При этом долбяк имеет возвратно-поступательное движение в осевом напрвлении.

Sвр – движение подачи врезания;

Sпр – возвратно-поступательное движение долбяка.

 

Движение отвода заготовки. Отвод заготовки при обратном ходе долбяка осуществляется с целью уменьшения износа режущих кромок инструмента.

При нарезании косозубых колёс долбяку сообщается дополнительное винтовое движение при каждом движении долбяка ().

Примечание: з убодолбление является единственным методом для нарезания колёс с внутренним зацеплением (при средних и малых диаметрах), а также при обработке зубчатых венцов в блочных шестернях.

Нарезание зубьев гребёнками (рейками) является процессом малопроизводительным и этот способ нарезания используется реже (зубострогание).

Зубодолбление является более производительным при нарезании колёс с малыми модулями до m 2,5 мм. При m 5 мм выгоднее применять зубофрезерование. При 5мм m 2,5мм предварительную обработку ведут на зубофрезерных, а окончательную на зубодолбежных станках.

Зуботочение. Метод основан на зацеплении пары винтовых колёс на скрещенных осях. В качестве многорезцового инструмента применяют цилиндрическое режущее колесо, по форме напоминающее долбяк. Производительность зуботочения в 2..4 раза выше производительности зубофрезерования однозаходной фрезой.

 

Накатывание зубчатых колёс

Накатывание является одним из самых производительных методов получения зубчатых колёс. Производительность этого метода в 5..30 раз выше, чем обработка резанием; увеличивается износостойкость и прочность зубьев; значительно уменьшаются отходы металла и другое.

Накатывание зубчатых колёс можно производить в холодном и в горячем состоянии.

В холодном состоянии накатывают мелкомодульные зубчатые колёса (m 1 мм).

Зубчатые колёса свыше (m 1 мм) накатывают в горячем состоянии. Горячее накатывание производится с радиальной или с продольной подачей.

Схема накатки с продольной подачей одинакова для холодного и горячего накатывания.

 

 

 

В холодном состоянии зубчатые колёса можно накатывать на обычных токарных станках с продольной подачей.

Накатники представляют собой зубчатые колеса с модулями равными модулям нарезаемых зубчатых колёс. Накатники имеют заборную часть и приводятся в движение делительным диском.

Схема накатывания с радиальным движением подачи:

1 – накатники;

2 – реборды;

3 – заготовка;

4 – переходная втулка;

5 – оправка.

 

Накатываются зубчатые колеса в горячем состоянии. Нагрев ТВЧ до t °С.

Нагретая заготовка поступает под накатку между 2-мя накатниками. Накатники имеют реборды, ограничивающие течение металла. Нагрев происходит в индукторе, который располагается на оборудовании, за 20…30 секунд до накатывания. Штучное время накатывания зубьев на заготовках зубчатых колес составляет 30 с…2 мин. В зависимости от модуля (m 2…5 мм).

 

Зубоотделочная обработка

Шлифование зубьев зубчатых колес – наиболее надежный метод отделочной обработки, обеспечивающий высокую точность закаленных зубчатых колес. Шлифование зубьев производят на различных зубошлифовальных станках как методом копирования, так и методом обкатки.

После термической обработки до операции шлифования зубьев, как правило, идет обработка отверстия в заготовке. Оно будет служить базой для обработки зубчатого колеса. Отверстие шлифуется на внутришлифовальном станке при базировании по начальному диаметру колеса с помощью роликов или шариков.

база при формировании

внутреннего отверстия

 

После шлифования отверстия приступают к шлифованию зубчатого колеса. Шлифованием исправляются погрешности, возникшие в процессе термической обработки.

 

Схема обкатки менее производительна, чем схема копирования, но более точная. На станках, работающих по методу копирования, шлифуют зубчатые колеса профильными кругами.

Ось заготовки в этих станках расположена горизонтально. Они предназначены главным образом для шлифования прямозубых колес.

 

 

Профилирование

зубьев Правка шлифовального круга

Метод обкатки осуществляется на зубошлифовальных станках, которые универсальны в наладке и точные, но производительность их сравнительно невелика и зависит от принципа работы и типа применяемых кругов.

При шлифовании зубьев этим методом воспроизводится зубчатое зацепление пары рейка-заготовка зубчатого колеса. Инструментом является воображаемая рейка, боковые стороны зуба которой образованы тарельчатыми шлифовальными кругами.

 

Шлифовальные круги получают вращательное движение, движение обкатки. Заготовка имеет возвратно-поступательное движение.

 

Движение обкатки складывается из двух движений: вращения заготовки вокруг своей оси и поступательного движения вдоль воображаемой рейки. В результате этих двух движений заготовка без скольжения перекатывается по воображаемой рейке.

На практике существуют и другие методы шлифования цилиндрических зубчатых колес: дисковым кругом; двумя дисковыми кругами; червячным кругом. Эти методы являются высокопроизводительными и обеспечивают точность колес до 5-й степени и Ra 0,32 мкм.

Применяют шлифование цилиндрических колес и для обработки внутренних косозубых и прямозубых колес методами копирования и обкатки. Принципы работы станков для внутреннего и наружного шлифования аналогичны.

Шевингование – чистовая обработка зубьев незакаленных цилиндрических зубчатых колес (HRC 40). Инструмент – шевер. Снимаются очень малые стружки

Шевер имеет форму рейки или шестерни.

Зуб шевера имеет канавки от головки до ножки. Острые кромки канавок являются режущими кромками инструмента. Во время движения обкатки обрабатываемого колеса и инструмента и возникающего при этом относительного скольжения профилей зацепляющихся зубьев снимается тонкая волосовидная стружка.

Шевер для обработки прямозубых цилиндрических колес имеет винтовые зубья с углом подъема до 15°, а для обработки косозубых – прямые зубья.

Наиболее распространенным способом шевингования является шевингование с помощью дискового шевера.

Шевер устанавливается под углом к оси обрабатываемого зубчатого колеса, получает принудительное вращение с числом оборотов 250 об/мин, приводя во вращение зубчатое колесо, свободно установленное в центрах на оправке. Скрещивание осей приводит к продольному относительному скольжению зубьев шевера и зубчатого колеса.

Для резания шевером всей поверхности зуба столу сообщается продольная подача на один оборот зубчатого колеса. В конце хода столу сообщают поперечную (вертикальную) подачу , после чего стол возвращается в обратном направлении. Число ходов стола зависит от величины припуска.

При необходимости получить зубья бочкообразной формы, имеющие большое распространение в современных конструкциях зубчатых передач, используют предусмотренную на станке качающуюся плиту и копирное устройство. Палец индуксируется в копире, скользя по нему, заставляет плиту в конце хода стола наклоняться, в результате чего шевер врезается в зубчатое колесо, формируя зубья у краев более тонкими, чем в середине.

Обработка зубчатого колеса продолжается в течении 12¸14 двойных ходов стола, время на обработку одного зуба колеса 2…3 секунды.

Зубохонингование – применяется для уменьшения шероховатости поверхности профиля зуба и уменьшения шума после термической обработки. Зубохонингование производят при скрещивающихся осях хона и обрабатываемого колеса без механизма радиальной подачи. При этом зубчатое колесо, установленное в центрах, совершает вращательное (реверсируемое) и возвратно-поступательное движения вдоль своей оси.

Зубчатый хон представляет собой геликоидальное колесо, изготавливаемое из пластмассы и шаржированное абразивом, зернистость которого выбирается в зависимости от величины припуска (0,025…0,05 мм) и требований к шероховатости.

Зубохонингование осуществляется при обильном охлаждении для эффективного удаления металлической пыли с обрабатываемой поверхности профиля зуба.

Зубохонингование применяют для обработки прямозубых и косозубых колес с модулями 1,25¸6 мм. Скорость зубохонингования одного зуба 1…5 в сек, продолжительность 1…1,2 сек, достигаемая шероховатость поверхности Ra 0,2…0,4, стойкость зубчатого хона составляет до 18…20 тыс. зубчатых колес.

Притирка – производится после термической обработки на специальных станках. Инструментом служат притиры – чугунные зубчатые колеса, находящиеся в зацеплении с обрабатываемым зубчатым колесом. Притиры смазывают смесью мелкого абразивного порошка с маслом.

Отделка зубчатых колес методом притирки заключается в том, что обработка зубчатого колеса идет обкатыванием его между 3-мя притирами, оси которых скрещиваются между собой.

Обрабатываемое зубчатое колесо 3, устанавливается в шпинделе притирочного станка, одновременно в зацеплении с притирами 1, 2, 4.

Оси 2-х притиров 1 и 4 со спиральными или прямыми зубьями наклонены к обрабатываемому зубчатому колесу 3. Ось притира 2 параллельна оси обрабатываемого зубчатого колеса. Этот притир вращается попеременно в разных направлениях со скоростью 30…60 м/мин. Для обеспечения равномерной обработки зуба с обеих сторон.

Помимо вращения притирам сообщается возвратно-поступательное движение в осевом направлении при 60…70 перемещениях в минуту. Скорость вращения обрабатываемого зубчатого колеса 30¸60 м/мин. Давление притиров на поверхность зуба регулируют притормаживанием шпинделей двух притиров 1 и 4. Точность обработки по длине начальной окружности 0,02 мм., по шагу 0,01 мм. и по профилю 0,08 мм. Достигаемая шероховатость 0,05 мкм. Время обработки одного зуба в среднем составляет 3…6 сек.

Прикатка – применяется в холодном состоянии и является высокопроизводительным окончательным методом обработки зубчатых колес. Применяется после зубофрезерования или зубодолбления, может заменять шевингование.

Накатники изготавливаются из быстрорежущей стали, закаливаются и точно шлифуются.

 

Обработка ведется без снятия стружки в холодном состоянии.

Холодная прикатка по сравнению с шевингованием позволяет увеличить производительность в 4-5 раз, снизить уровень шума на 2-3 децибела, повысить точность обработки и увеличить твердость поверхности порядка на 5 ед. по Роквеллу.