Технологический маршрут изготовления цилиндрических зубчатых колес.

При построении маршрута обработки учитываются конструктивные особенности колес и требуемая точность изготовления. В качестве технологической базы при обработки зубчатых колес с l/d>1 принимается отверстие (двойная направляющая база) и базовый торец (опорная база). При обработке зубчатых колес с l/d<1 в качестве установочной технологической базы принимается поверхность торца и отверстия (двойная опорная база). Таким образом, при построении маршрута обработки сначала обрабатывается технологическая база, которая потом используется на всех последующих операциях.

Рассмотрим маршрут обработки зубчатых колес 7-ой степени точности с l/d>1:

1. Токарная обработка наружной поверхности и торца с одной стороны, обработка отверстия.

2. Токарная обработка наружных поверхностей и торца с другой стороны, обработка отверстия под протягивание.

3. Протягивание шлицевого отверстия.

4. Чистовое обтачивание венца и торцов.

5. Черновое нарезание зубьев.

6. Чистовое нарезание зубьев.

7. Зубозакругление.

8. Зубошевингование.

9. Шлифование по наружному диаметру.

10. Термическая обработка (цементация, закалка, отпуск).

11. Шлифование отверстия и базового торца.

12. Зубошлифование или зубохонингование.

Технологический маршрут изготовления зубчатых колес 7-ой степени точности с l/d<1:

1. Черновая токарная обработка наружных поверхностей и растачивание отверстия.

2. Черновая токарная обработка наружных поверхностей с другой стороны и повторное растачивание отверстия.

3. Шлифование торцов зубчатых колес последовательно с двух сторон.

4. Чистовое растачивание отверстия.

5. Протягивание шлицов.

6. Чистовое обтачивание наружной поверхности.

7. Зубонарезание.

8. Зубозакругление.

9. Зубошевингование.

10. Шлифование наружной поверхности и торца.

11. Термообработка (цементация, закалка, отпуск).

12. Шлифование отверстия и торца.

13. Зубошлифование или зубохонингование.

На построение маршрута обработки оказывает влияние степень точности. При обработке зубчатых колес 8-ой степени точности операция зубошевингования исключается при отсутствии термообработки. При отсутствии термообработки и получения колес 6-ой – 7-ой степени точности операция зубошевингования может являться окончательной.

При изготовлении зубчатых колес 7-ой степени точности и наличии термообработки, перед ней производится операция шевингования для получения 6-ой степени точности, так как при термообработке примерно теряется одна степень точности. При большей потере точности или высоких требованиях к точности зубчатого колеса вводится операция зубошлифования или зубохонингования.

Маршрут обработки зубчатых колес-валов аналогичен обработке валов.

Вся токарная обработка наружных поверхностей зубчатых колес в зависимости от объема выпуска выполняется на токарных, токарно-револьверных, токарных станках с ЧПУ.

Обработка центрового отверстия производится на токарно-револьверных, вертикально-сверлильных, алмазно-расточных станках.

Нарезание зубьев цилиндрических зубчатых колес в условиях единичного и мелкосерийного производства может производиться дисковыми и пальцевыми модульными фрезами на горизонтальных или универсально-фрезерных станках. Метод характеризуется небольшой производительностью и точностью.

Модульные фрезы применяются для чернового нарезания зубьев с m=5¸30 и для окончательного нарезания зубьев с крупным модулем. Обычно точность нарезания модульными фрезами не более 9-ой степени точности.

Нарезание зубчатых колес может производиться набором дисковых фрез на оправке, при этом одна фреза обрабатывает пакет заготовок.

Фрезерование пальцевыми фрезами применяется в тяжелом машиностроении при нарезании крупномодульных колес (m>15).

Зубофрезерование является основным методом нарезания зубчатых колес червячными фрезами на 1-о и 2-х шпиндельных вертикальных зубофрезерных станках. Метод позволяет получить 6-7-ю степень точности при нарезании зубчатых колес с m=15 и 8-9-ю степень точности колес с m>15.

Схема зубофрезерования.

Зубчатые колеса с m<3 нарезают за один рабочий ход, а с m>3, за два.

Фрезерование с диагональной подачей производится на специальных зубофрезерных станках, при подаче фрезы под углом к оси обрабатываемой заготовки. Метод применяется в крупносерийном и массовом производстве при нарезании зубчатых колеса с прямыми и косыми зубьями.

Достоинствами диагонального зубофрезерования являются: меньшая шероховатость обрабатываемых поверхностей по сравнению с другими методами, большая стойкость червячной фрезы за счет ее равномерного износа, возможность обработки зубчатых колес с широким венцом или пакета колес.

Недостатками являются более высокая шероховатость по сравнению с другими методами, сложность набора, высокая сложность изготовления и заточки червячных фрез, низкая производительность, невозможность обработки в ряде случаев многовенцовых колес.

Зубчатые колеса могут быть нарезаны на зубодолбежных станках. Нарезание зубчатых колес долбяками во многих случаях уступает по производительности и точности обработке червячными фрезами, но имеет в ряде случаев преимущества. Зубодолбление применяется для чернового и чистового нарезания многовенцовых, внутренних зубчатых колес, зубчатых секторов и реек. Метод экономичен при нарезании узких профилей. Его применяют, главным образом, для нарезания зубчатых колес с m£2,5.

Для повышения производительности зубчатые колеса малых и средних модулей, могут обрабатываться комбинированными долбяками, имеющими черновые и чистовые зубья и позволяющие произвести полную обработку профиля зуба за один поворот стола. Метод применяется в условиях крупносерийного и массового производства.

Нарезание цилиндрических колес, и в частности многовенцовых, удобно производить на зубодолбежных станках с ЧПУ.

Нарезание зубчатых колес может производиться с помощью резцовых головок на специальных зубодолбежных станках, нарезание производится профильными резцами, количество которых равно числу нарезаемых зубьев. Все зубья колес нарезаются одновременно при перемещении заготовки на оправке вверх и вниз. Метод применяется в условиях крупносерийного и массового производства, производительность его в 8-10 раз выше методов зубофрезерования.

Нарезание шевронных колес производиться на специальных горизонтальных зубодолбежных станках 2-мя спаренными косозубыми долбяками (левым и правым). Правый долбяк нарезает венец с левым направлением, а левый – с правым. Долбяк и колесо согласованы вращательным движением.

Нарезание колес может производиться гребенками на специальных горизонтально-строгальных станках, где применяются два косозубых гребешка (правый и левый), получающие возвратно-поступательное движение. Гребенки работают поочередно, правый нарезает венец с левым направлением, левый- с правым.

Нарезание зубчатых колес может производиться методом зуботочения с помощью чашечных обкатных резцов-долбяков на специальных станках или на модернизированных зубофрезерных или шлицефрезерных станках. Данный метод характеризуется высокой производительностью (в 2,5-6 раз выше зубофрезерования), обеспечивает высокую точность (7-8 степень точности) и применяется в условиях крупносерийного и массового производства.

При данном методе, долбяк вращаясь, производит движение подачи вдоль оси заготовки, обкаточный резец или долбяк представляет собой многозубый инструмент с z = 7¸25.

Зубчатые колеса могут быть получены протягиванием в паре между 2-мя или несколькими впадинами в соответствии с профилем зубьев. Заготовка поворачивается посредством делительного устройства. Зубья протягивают на вертикально-протяжных станках с круглым поворотным столом. Протяжка зубьев зубчатых секторов может производиться на горизонтально-протяжных станках.

Накатывание зубьев колес производится в холодном и горячем состоянии. В холодном состоянии накатывают зубья с m£2, в горячем с m£10.

Данный метод в 20 раз производительней метода зубофрезерования, позволяет одновременно экономить металл и получать упрочненный профиль зуба. При холодном накатывании может быть получена 7-8 степень точности, с Ra = 0,63-0,04 мкм, при горячем – 9-10 степень точности с Ra = 2,5-1,25 мкм. Накатывание в холодном состоянии производится на специальных или универсальных станках, оснащенных накатным инструментом. Чаще всего накатка осуществляется на гидравлических накатных станках с помощью роликов.

1 – зубчатый ролик; 2 – индуктор ТВЧ; 3 – заготовка; 4 – гладкий ролик (подпирает заготовку, уплотняет металл).

Накатывание в горячем состоянии производится на специальных установках с нагревом ТВЧ до t=1000-1200°C (время накатки 30-60 сек.).

Для плавного переключения зубчатых колес предусматривается зубозакругление торцевых поверхностей зубьев. Закругление торцов производится на специальных зубозакругляющих станках при помощи пальцевых фрез, при этом зубчатые колеса вращаются, а пальцевая фреза синхронно перемещается вдоль зуба вверх и вниз. Зубчатые колеса с m£3 мм закругляются за один рабочий ход, а с m=3¸5 – за два рабочих хода. Операция зубозакругления в технологическом маршруте помещается после зубофрезерования или после чернового зубодолбления перед чистовым зубодолблением.

Шевингование является наиболее распространенным методом окончательной обработки зубчатых колес, не подвергаемых термообработке, обеспечивая 7-ую степень точности, или является чистовым методом обработки при нарезании зубчатых колес подвергаемых термообработке. При шевинговании может быть получена 6-7 степень точности и Ra = 2¸0,8 мкм.

Наиболее часто шевингование производится дисковым шевером, при этом зубчатые колеса и шевер обкатываются как цилиндрическая винтовая пара, шевер получает вращательное движение и вращает зубчатые колеса. Вращение шевера и зубчатых колес реверсируется для равномерной отделки обеих сторон зуба

Заготовка также совершает возвратно-поступательные движения вместе со столом, по окончанию двойного хода стол подается вверх на величину подачи.

Угол между осями зубчатых колес и шевера равен 5¸15°.

Шевингование обеспечивает снижение шероховатости, некоторое улучшение геометрии, снижение уровня шума, обеспечивается боченкообразность зуба, процесс производительный и широко применяется.

Зубошлифованием может быть получена 4-6-я степень точности, практически независимо от точности предшествующей обработки и деформаций, возникших при термообработке заготовок.

Недостатками метода являются высокая стоимость обрабатывания и наладки, низкая производительность, вероятность образования дефектов поверхностного слоя (прижоги, микротрещины, остаточные напряжения растяжения). Поэтому данный метод применяется только для высокоточных закаливаемых зубчатых колес. Шлифование может производиться фасонными кругами методом копирования. Во время обработки зубчатое колесо неподвижно, а шлифующий круг вращаясь совершает возвратно-поступательные движения вдоль оси зуба.

Точность обработки 6-7-ая степень.

Зубошлифование методом обкатки производятся на зубошлифовальных станках двумя тарельчатыми кругами, располагаемыми под углом 30-40° друг к другу. Колесо обкатывается относительно кругов, которые обрабатывают две впадины зуба одновременно.

Колесо также имеет возвратно-поступательное движение для обработки профиля зуба по длине. Точность обработки по данному методу имеет 5-6-ю степень точности с Ra = 0,20-0,10 мкм. Производительность метода в 3-5 раз меньше метода копирования.

Через каждый второй ход зубчатые колеса выводятся из зацепления, и производится поворот колеса на один или несколько зубьев для шлифования следующей впадины.

Применение кругов из эльбора позволяет повысить на 30-40% производительность, увеличить точность профиля зуба, улучшить качество поверхности и исключить прижоги.

Шлифование зубчатых колес может производиться абразивным (алмазным) червяком или червячным колесом. В этом случае, червяк, вращаясь, получает поступательное движение вдоль оси заготовки, а колесо, вращаясь, периодически получает радиальное движение подачи. Обеспечивается 5-6 степень точности и Ra = 1,0¸0,2 мкм, производительность в 5 раз выше метода обкатывания.

Зубошлифование червячным кругом из эльбора позволяет в 1,5-2 раза повысить производительность, точность обработки на 40% и стойкость режущего инструмента в 15-20 раз, исключить прижоги на обрабатываемой поверхности.

Зубчатые колеса с m£1,5 могут вышлифовываться из целой заготовки без предварительного нарезания зубьев. Точность обработки 4-6 степень и Ra=0,8-0,2 мкм

Для отделочной обработки зубьев в крупносерийном и массовом производстве применяется высокопроизводительный метод зубохонингования, обеспечивающий шероховатость профиля Ra = 0,16-0,04 мкм. Зубохонингование может производиться на специальных зубохонинговальных станках по различным схемам (с окружным и с радиальным нагружением).

Обработка может производиться также на модернизированных зубошевинговальных станках. Процесс зубохонингования заключается в совместном обкатывании колеса и зубчатого хона, имеющего форму зубчатого колеса. Оси зубчатого колеса и хона скрещиваются под углом 15¸18°.

Зубчатое колесо кроме вращательного движения имеет возвратно-поступательное движение вдоль оси для обработки полного профиля зуба. Направление вращения пары реверсируется после каждого двойного хода. Ведущим является зубчатый хон, приводящий во вращение зубчатое колесо.

а) б)

Зубохонингование позволяет уменьшить шероховатость, повысить точность профиля, снизить уровень шума на 2-4 дБ. При зубохонинговании обеспечивается 6-7 степень точности.

Схема окружного (а) и радиального (б) нагружения при хонинговании.

В качестве отделочной обработки зубчатого колеса может применяться суперфинишрование абразивными или алмазными брусками. При нем обеспечивается шероховатость Ra £ 0,04 мкм. Брусок совершает осциллирующее движение с заданной частотой и амплитудой, перемещаясь по направлению подачи. Кроме этого он совершает движение от головки зуба к впадине и обратно.

Производительность метода невысокая, что объясняется поочередностью обработки каждой стороны зуба.

Преимуществами метода являются низкая температура резания, что исключает дефекты поверхностного слоя, образование высокой несущей поверхности, которая может составлять 90% и выше.

Для отделочной обработки термически обработанных зубчатых колес может применяться метод зубопритирки, с помощью, которого сокращаются погрешности, возникающие после термообработки, устраняются небольшие дефекты поверхности (риски, забоины и т.д.), уменьшается уровень шума, несколько повышается точность профиля. Степень точности 6-7 и Ra = 0,32¸0,025 мкм.

Процесс зубопритирания заключается в совместном вращении зубчатых колес и одного или нескольких зубчатых притиров. Колесо кроме вращательного движения имеет возвратно-поступательное движение вдоль оси. Зубопритирочные станки могут быть с параллельным расположением осей колеса и хона и со скрещивающимися осями.

При параллельном расположении осей чаще всего возвратно-поступательное движение имеет зубчатое колесо. Ведущим является зубчатое колесо, передающее реверсирующее движение притиру.

Схема с параллельными осями:

Притир представляет собой чугунное зубчатое колесо 5-ой степени точности и выше с НВ 180¸220.

Более распространенной схемой обработки притиркой является обработка колес на станках со скрещивающимися осями притиров. В этом случае прямозубый притир устанавливается параллельно оси зубчатого колеса, а косозубые под углом 10-15°.