Т 13 Обробка заготовок на зубообробних верстатах

Найбільше розповсюдження в машинобудуванні отримали зубчаті передачі з малочутливим до зміни міжцентрової відстані евольвентним зачепленням. Тому основна маса зубообробних інструментів, верстатів і оснащення призначені для відтворення евольвентних профілів зубів і дна западин на заготовках.

Для отримання цих профілів використовують два принципово різних методи формоутворення: копіювання і обкату.

Метод копіювання полягає в том, що ріжучим лезам інструменту надають складний (евольвентний) профіль западин зубчатого колеса, який копіюється на заготовці. Обробка чергується з діленням, тобто з поворотом заготовки на один зуб після закінчення обробки кожної западини. При обробці зубів по методу обкату профіль ріжучих зубів інструменту не співпадає з профілем нарізуваних зубів коліс. Між ріжучим інструментом (черв'ячною фрезою) і заготовкою нарізуваного колеса здійснюється відносний рух, який вони мали б, знаходячись в дійсному зачепленні. Це означає, що початкові кола інструментального і нарізуваного коліс котяться в процесі нарізування одне по одному без ковзання (звідси і назва методу обкату).

В русі обкочування ріжучі кромки інструменту займають послідовно ряд положень, утворюючи профіль нарізуваного колеса.

Таким чином, всі зубообробні інструменти можуть бути розділені на інструменти, що працюють по методу копіювання і інструменти, що працюють по методу обкату. До інструментів, що працюють по методу копіювання, відносяться дискові і пальцеві модульні фрези, що використовуються в одиничному виробництві, зуборізні головки і протяжки, вживані в масовому виробництві.

Дискова модульна фреза – це фасонна фреза із затилованими зубами. Їх основна перевага в тому, що вони дозволяють обробляти прямозубі і косозубі зубчаті колеса на універсально-фрезерних верстатах з використанням ділильних головок. Але точність не висока не тільки через похибку ділення, але і тому, що форма западини двох зубчатих коліс одного і того ж модуля, але з різним числом зубів (а отже і діаметра) неоднакова. Тому для кожного зубчатого колеса одного модуля, але з різним числом зубів слід було б мати свою дискову модульну фрезу.

Практично в основному наборі дискових модульних фрез (до модуля m=8) весь діапазон чисел зубів з z=12 і до ¥ (рейка) розбитий на 8 груп, кожній з яких відповідає фреза свого номера:

 

Номер фрези
Число зубів колеса	12-13	14-16	17-20	21-25	26-34	35-54	55-134	135 і більше

Попередня обробка крупномодульних коліс виконується фрезою збірної конструкції зі вставними ножами з твердого сплаву. Чистову обробку виконують чистовими суцільними фрезами, виготовленими з швидкоріжучих сталей підвищеної продуктивності Р9К5, Р9К10 та ін.

При нарізуванні косозубих коліс стіл фрезерного верстата розвертають на кут β нахилу зубів і його ходовий гвинт зубчатими передачами пов'язують зі шпинделем ділильної головки, де встановлена заготовка.

Пальцеві модульні фрези (чистові і чорнові) використовують для нарізання крупномодульних прямозубих, косозубих і шевронних коліс. Їх виконують суцільними і збірної конструкції з ріжучою частиною з легованих і швидкоріжучих сталей типу Р6М5.

В умовах багатосерійного і масового виробництва метод копіювання застосовують для попередньої обробки зубів.

При нарізанні зубчатих коліс дисковими і пальцевими модульними фрезами необхідно три рухи: 1) головний рух різання – обертання фрези; 2) рух подачі – відносне переміщення інструменту вздовж твірної зуба; 3) рух ділення – періодичний поворот заготовки на 1 зуб після обробки чергової западини.

Обробка зубчатих коліс методом обкату

Інструменти, що працюють по методу обкату, більш універсальні, оскільки дозволяють нарізувати одним інструментом даного модуля колеса того ж модуля з будь-яким числом зубів. Заміна періодичних ділильних рухів безперервними ділильними рухами не тільки підвищує продуктивність, але і збільшує точність обробки. Залежно від виду інструменту розрізняють три способи нарізування зубчатих коліс по методу обкату: 1) зубчатим колесом – довбачем; 2) гребінкою; 3) черв'ячною фрезою.

При нарізанні зубчатих коліс на зубодовбальних верстатах розрізняють дві схеми профілювання зубів: 1) відносний рух пари спряжених циліндричних коліс (в цьому випадку одне з них – зуборізний довбач); 2) відносний рух зубчатого колеса, спряженого з рейкою (ріжучим інструментом є зубчата рейка). Перший спосіб отримав найбільше розповсюдження.

Зуборізні довбачі є евольвентними колесами, прямими або гвинтовими, зуби яких виготовлені у вигляді ріжучих інструментів. Згідно ГОСТ 9323-79 прийнятий ряд номінальних діаметрів довбача – 25, 38, 50, 80, 100, 125, 160, 200 ().

Довбачі виготовляють з швидкоріжучої сталі. Для модулів m > 10 довбачі збірної конструкції. Довбач і оброблюване колесо при зубонарізанні обкочуються по початкових колах без ковзання. Зуборізний довбач має периферійне лезо a - b і бічні. Для периферійного леза α = 6-7⁰; g = 4-5⁰. При попередній обробці для периферійного леза g = 15⁰; α = 9⁰. Для бічних лез α = 3-4⁰. Головним рухом різання при зубодовбанні є зворотно-поступальне переміщення довбача уздовж осі заготовки. Рухами подачі є: радіальне врізання довбача в заготовку на висоту зуба і обкат довбача і заготовки. При вільному ході заготовка відводиться від довбача. При нарізанні коліс з гвинтовим зубом використовується косозубий довбач, що здійснює головний рух різання по гвинтовій лінії за допомогою спеціальних гвинтових направляючих копірів. За допомогою довбачів можна виготовляти колеса з внутрішнім зачепленням. В цьому випадку довбач і заготовка обертаються в одному напрямі.

Зубонарізна гребінка є прямозубою або косозубою рейкою, зуби якої заточені в різці. Прямозубі гребінки використовують для нарізування циліндричних коліс, а косозубі – для нарізування шевронних коліс. Робочу частину гребінки виконують з швидкоріжучої сталі, а кріпильну – ст 45, 40Х. Головний рух різання – зворотно-поступальне переміщення гребінки, яка при робочому ході знімає стружку, а при допоміжному ході для зменшення тертя відводиться від заготовки. Рух подачі – рух обкату – складається з повільного обертання заготовки і пов'язаного з ним поступального переміщення гребінки вздовж початкової прямої. Шевронні колеса нарізують парними гребінками з кутом нахилу зубів b = 30⁰. По точності виготовлення всі гребінки ділять на два класи – класу А і класу В.

Обробка зубів на зубофрезерних верстатах

В якості інструменту на зубофрезерних верстатах застосовують черв'ячні фрези. Черв'ячна фреза є черв'яком, на якому перпендикулярно виткам прорізають поздовжні канавки для утворення ріжучих зубів. Зуб черв'ячної фрези, так само, як і зуб довбача має периферійне лезо і два бічних. Передня поверхня зуба є гвинтовою поверхнею, а задні поверхні затиловані по архімедовій спіралі. Для чистових фрез передній кут периферійного леза g = 0⁰, для чорнових фрез g = 5-10⁰. Задній кут периферійного леза a = 10-12⁰. Для черв'ячних фрез, оснащених твердим сплавом, рекомендується передній кут g = 0⁰ (збільшення g спотворює профіль). Задній кут у всіх лез a = 10-12⁰. За призначенням розрізняють черв'ячні фрези для нарізання циліндричних прямозубих і косозубих коліс, для обробки черв'ячних коліс, шліцьових валів, зірочок та ін.

Основним профілем стандартних черв'ячних фрез є конволютний черв'як (в перерізі, перпендикулярному до напряму витка, має прямолінійний профіль).

Нарізання конічних коліс

Принцип нарізування конічних зубчатих коліс на зубофрезерних напівавтоматах дисковими фрезами по методу копіювання полягає в тому, що під час прорізання западини колесо знаходиться в нерухомому стані, а фреза здійснює обертання навколо своєї осі зі швидкістю різання v_різ і рух повздовжньої подачі S_повз вздовж лінії дна западини. Після прорізання всієї ширини зубчатого вінця фреза повертається в початкове положення і здійснюється рух ділення – заготовка повертається на кут, рівний , тобто на 1 зуб, і цикл повторюється.

Але найбільше розповсюдження отримали методи обкату. Сучасні зубостругальні верстати для обробки конічних зубчатих коліс працюють двома різцями, що здійснюють зворотно-поступальні рухи. Різці закріплені на ковзанках, які встановлені на люльці. Нарізуване колесо встановлюється на оправці і закріплюється в шпинделі ділильної бабки, яку можна обернути відносно осі столу. При нарізанні зубів люльці з різцями і нарізуваному колесу передаються узгоджені рухи навколо їх осей, тобто неначе відбувається обкатка двох конічних коліс, що знаходяться в зачепленні. Стругальні різці, будучи встановленими на верстаті, своїми ріжучими кромками утворюють ніби сторони зуба колеса, що виготовляється.

Конічні колеса з криволінійними зубами обробляють різцевими головками по методу обкату на спеціальних верстатах (та інші способи).

Для усунення похибок, що виникають при зубонарізанні і подальшій термообробці, зубчаті колеса додатково обробляють облицювальними методами: шевінгуванням, обкаткою, притиранням і шліфуванням.

Шевінгування є зрізанням тонкої стружки (завтовшки 5-15 мкм) спеціальним інструментом – шевером з бічних поверхонь зубів коліс невисокої твердості. Шевер – зубчате колесо (або черв'як) з поперечними канавками на зубах високої поверхневої твердості, твірними ріжучі кромки. В процесі шевінгування вісь шевера повернена щодо осі оброблюваного колеса (схрещування осей), що при спільному їх обертанні забезпечує ковзання профілів зубів в повздовжньому напрямі а отже, зняття стружки. Шевінгуванням можна досягти 6-7 ступеня точності і шорсткості поверхні R_a = 1,0-2,5мкм.

Шліфуванням обробляють зубчаті колеса з метою підвищення їх точності і усунення спотворень після термообробки. Ступінь точності 5-7, R_a = 0,4-1,5мкм. При шліфуванні зубчатих коліс використовуються вже відомі нам методи копіювання і методи обкату. При шліфуванні по методу копіювання потрібна періодична правка шліфувального круга алмазним олівцем по шаблону для отримання евольвентного профілю. При зубошліфуванні по методу обкату в більшості випадків імітується зачеплення оброблюваного колеса з рейкою, реально представленою бічними поверхнями шліфувальних кругів. При цьому головним рухом є швидке обертання шліфувального круга, а рухом подачі – зворотно-поступальне переміщення круга, пов'язане з реверсивним обертанням колеса. По продуктивності методи обкату поступаються методам копіювання. Але найбільш продуктивним є зубошліфування по методу обкату кругом у вигляді абразивного черв'яка, обертання якого узгоджено з обертанням оброблюваного колеса і який одночасно здійснює рух подачі уздовж зуба.

Для конічних коліс обробні операції в основному притирання і обкатка.

Притирання загартованих і незагартованих зубчатих коліс є обробною операцією, при якій оброблюване колесо зачіпляється з чавунною шестернею-притиром в середовищі суспензії (веретенне масло і абразивний порошок зернистістю 180-220). Для інтенсифікації притирання шестерню-притир, що отримує обертання від оброблюваного колеса, або пригальмовують, або схрещують осі, утворюючи зачеплення. При хонінгуванні зубів в якості інструменту використовують зубчате колесо з пластмас із дрібним абразивом.

Обкатка є обробним процесом, при якому виготовлене з високою точністю інструментальне колесо високої твердості зачіпляється з оброблюваним колесом і при обертанні отримує додаткове радіальне переміщення на заготовку. В процесі обкатки відбувається зминання мікронерівностей до R_a = 0,2-0,6 мкм, зміцнення поверхневого шару і поліпшення показника плавності зачеплення. За головний рух різання приймають обертання фрези, частоту n_ф якого для створення руху обкату узгоджують з обертанням заготовки так, щоб за час одного обороту фрези заготовка обернулася на – частину обороту, де k – число заходів черв'ячної фрези; z_з – число зубів нарізуваного колеса (для однозаходної черв'ячної фрези на 1 оборот стіл із заготовкою повертається на кут, відповідний одному зубу нарізуваного колеса).

Для радіального врізання фрези в заготовку і нарізування зубів по всій її висоті, фрезі надають радіальний рух подачі D_Sрад і вертикальний рух подачі D_Sв, направлений вздовж осі нарізуваного колеса.

Перед обробкою черв'ячну фрезу повертають так, щоб напрям її гвинтової лінії співпадав з напрямом нарізуваних зубів (дивися рис.). При цьому, якщо фреза правозаходна, то напрям обертання заготовки проти годинникової стрілки, а якщо лівозаходна, то проти годинникової стрілки.

Заготовці косозубого колеса диференціал, встановлений в ланцюзі обкату верстата, надає додаткове обертання ± DD_S, яке забезпечує при складанні з D_Sв формоутворення гвинтових зубів колеса. При обробці косозубих коліс необхідно встановити супорт з фрезою на кут, що враховує кут нахилу зуба нарізуваного колеса і витків черв'ячної фрези і їх напрям (правозаходні або лівозаходні).

Якщо фреза правозаходна, то напрям обертання заготовки проти годинникової стрілки, а якщо ліва – за годинниковою стрілкою. Колову силу і швидкості різання при обробці зубчатих коліс визначають за емпіричними формулами. Швидкості різання при роботі довбачами з швидкоріжучих сталей 15-30 м/хв., при роботі черв'ячними фрезами з швидкоріжучих сталей 25-45 м/хв., з твердих сплавів 75-150 м/хв. Подачі при нарізанні швидкоріжучими фрезами коліс із сталі 45 при чорновому нарізуванні з m = 6-16 мм S = 1,8-2,8 мм/об. (причому, чим більше модуль, тим менше подача). При чистовому нарізанні з m = 1,5-3,0 мм S = 0,5-1,0 мм/об. Стійкість черв'ячних фрез Т = 180-540хв.(більше модуль – більше Т). h_з = 1,0-1,5 мм – для чорнової обробки; h_з = 0,2-0,4 мм – при чистовій обробці.

Обертання нарізуваного колеса, протилежне обертанню довбача, є круговою подачею, що виражається в мм, довжиною дуги ділильного кола, яке проходить довбач за один подвійний хід. Швидкість руху довбача вздовж його осі є швидкістю різання, середнє значення якої розраховують по формулі м/хв., де L – довжина ходу довбача, в мм; k – число подвійних ходів довбача за хвилину. Знос зуба довбача: при чорновій обробці h_з = 0,8-1,0 мм; при чистовій обробці h_з = 0,1-0,2 мм. Період стійкості довбача: при чорновій обробці Т=360 хв.; при чистовій обробці Т=180 хв.

Нарізання черв'ячних коліс

Вибір типу черв'ячної фрези для нарізання черв'ячних коліс залежить від виду профілю черв'яка (архімедовий, евольвентний, конволютний), черв'ячної передачі і від методу фрезерування, що використовується: з радіальним або тангенціальним рухом подачі.

Фрези для фрезерування з тангенціальною подачею на довжині 2-2,5 витків мають забірний конус з = 20-25⁰. Залежно від розмірів фрези виконують насадними або хвостовими. Міжосьову відстань А встановлюють перед обробкою і в подальшому не змінюють. Заготовці і фрезі надають узгоджені обертання і тангенціальний рух подачі D_SТ. Оскільки черв'ячна фреза здійснює узгоджене із заготовкою обертання і тангенціальний рух, заготовка виконує додатковий поворот DD_Sкр, що забезпечується за допомогою диференціала верстата.

При фрезеруванні з радіальним рухом подачі D_Sр фрезі і заготовці передаються узгоджені обертання і радіальний рух подачі D_Sр фрези триває до моменту досягнення міжосьової відстані А. Ця відстань встановлюється при налагодженні і обмежується упором. При нарізуванні по методу тангенціального руху подачі основна частина припуску знімається забірним конусом фрези, а циліндрична частина виконує чистову обробку. Цей метод точніше.

При нарізуванні черв'ячних коліс обома способами вісь фрези розташовують горизонтально в середній площині колеса.

Переваги радіального способу в його високій продуктивності, а також у відносно не складній конструкції черв'ячної фрези і можливості нарізувань коліс на універсальних зубофрезерних верстатах, не обладнаних протяжним супортом.