Обработка посадочного (центрального) отверстия

 

Это отверстие является технологической базой при обработке зубчатого колеса. Для передачи крутящего момента посадочное отверстие имеет шпоночный паз или шлицевую поверхность. Точность отверстия и перпендикулярность его оси торцу ступицы у незакаленных колес обеспечивается чистовым точением, развертыванием, шлифованием или протягиванием.

Отверстие протягивают после сверления или зенкерования круглыми протяжками. Точность отверстия после протягивания соответствует 7 – 9 квалитету. Шероховатость составляет 0,32 – 2,5 мкм. Производительность при протягивании значительно выше, чем при шлифовании. Схема протягивания гладкого отверстия зубчатого колеса на шаровой опоре представлена на рис. 2.94. Применение шаровой опоры обеспечивает перпендикулярность оси отверстия торцу ступицы колеса.

У колес, подвергаемых закалке, отверстие шлифуют на внутришлифовальном станке (рис. 2.95), а торец ступицы - на плоскошлифовальном станке. Для повышения точности шлифование отверстия и торца рекомендуется выполнять с одного установа. При этом колесо закрепляют в специальном патроне (рис. 2.96). Базирование колеса осуществляют роликами по боковой поверхности зубьев, что обеспечивает соосность центрального отверстия и делительной окружности. Шлифование отверстия производят кругом 1, а шлифование торца – кругом 2, установленным на шпинделе дополнительной шлифовальной бабки.

Шпоночные канавки и шлицы в отверстиях зубчатых колес прорезают до закалки. В единичном и мелкосерийном производстве шпоночные канавки обрабатывают на долбежных станках. В крупносерийном и массовом производстве шпоночные канавки получают протягиванием. На рис. 2.97 показано протягивание шпоночной канавки в заготовке зубчатого колеса на горизонтально-протяжном станке. Заготовка 1 насаживается на направляющий палец 4, внутри которого имеется паз, для направления протяжки 2. Когда канавка протягивается за 2 рабочих хода одной и той же протяжкой, то под протяжку помещают подкладку 3.

Шлицевые отверстия в зубчатых колесах обрабатывают протягиванием. Если зубчатое колесо после протягивания подвергается закалке, то центрирование шлицевого соединения осуществляется преимущественно по внутреннему диаметру вала. В этом случае после закалки отверстие шлифуют на круглошлифовальном станке, а у вала шлифуют впадины шлицев (рис.2.64.). Если все же при закалке зубчатого колеса требуется осуществить центрирование шлицевого соединения по наружному диаметру вала, то шлицы в отверстии подвергают хонингованию по впадинам. С этой целью создан специальный станок модели 3А856Ф1. Ширина бруска хона меньше ширины впадины шлицов. Это позволяет хону совершать качательные движения в окружном направлении при перемещении вдоль оси отверстия. Вал при этом шлифуют по наружному диаметру.

 

Нарезание зубьев

Нарезание зубьев производится методами копирования и обкатки.

Метод копирования применяется в единичном производстве, а также для нарезания крупномодульных колес. Он обладает низкой производительностью и точностью (9 – 11 степень). Нарезание цилиндрических зубчатых колес с прямыми и косыми зубьями производится модульными дисковыми или пальцевыми фрезами (рис. 2.92). Профиль фрезы соответствует профилю впадины зубъев. Фрезы изготавливаются набором из 8 или 15 штук для каждого модуля. Такое количество фрез в наборе необходимо потому, что для различного числа зубьев одного модуля размеры впадин между зубьями различны. Каждая фреза предназначена для определенного интервала числа зубьев. Обычно применяют набор из 8 фрез, обработка которыми позволяет получать зубчатые колеса 9 степени точности. Для изготовления более точных колес применяется набор из 15 или 26 фрез.

Нарезание зубьев производится на универсально-фрезерных станках с помощью делительной головки (рис. 2.93). Делительная головка устанавливается на столе фрезерного станка. С ее помощью имеется возможность точно поворачивать зубчатое колесо на угол, соответствующий шагу зубьев.

Метод обкатки получил широкое применение, т.к. обеспечивает высокую точность и производительность. При нарезании имитируется процесс зубчатого зацепления. Нарезание зубьев производится червячными фрезами, долбяками и рейками (рис. 2.98).

Червячными фрезами нарезают прямые и косые зубья на зубофрезерных полуавтоматах моделей 5303ПТ, 5304В, 53А20 и пр. Наибольший диаметр заготовок, обрабатываемых на этих станках, изменяется в диапазоне 20 – 3200 мм, модуль от 1 до 35 мм. При нарезании косозубых колес фрезу устанавливают так, чтобы углы подъема винтовых линий зубьев фрезы и колеса совпадали. Фрезерование зубьев ведут с осевой или с радиальной подачей (рис. 2.99). В первом случае фрезу устанавливают сразу на полную высоту зубьев и она имеет одно движение подачи вдоль оси колеса. Во втором случае фреза работает сначала с радиальной подачей, а затем с осевой подачей. Нарезание зубьев с модулем до 5 мм производится за один рабочий ход. Зубья с большим модулем нарезают за два или три перехода с промежуточными припусками. Точность зубофрезерования соответствует 7 – 8 степени точности зубчатых колес с шероховатостью поверхности до 0,63 мкм.

Недостатком зубофрезерование является неравномерность износа зубьев фрезы, т.к. почти весь припуск удаляется первыми двумя-тремя зубьями. Для более равномерного износа зубьев кинематикой станка задают фрезе дополнительное перемещение вдоль ее оси или переустанавливают фрезу в осевом направлении после нарезания определенного количества зубчатых колес.

Долбяками нарезают прямые и косые зубья на зубодолбежных полуавтоматах моделей 5111, 5122, 5М161 и пр. Наибольший диаметр заготовки обрабатываемых на этих станках изменяется в диапазоне 80 – 1250 мм, модуль – в пределах 1 – 12 мм. Зубчатое колесо и долбяк в процессе обработки вращаются. Долбяк при этом совершает возвратно-поступательное движение вдоль своей оси с числом двойных ходов в минуту от 33 до 1600 в зависимости от типоразмера станка. При нарезании косозубых колес зубья долбяка расположены также по винтовой линии с тем же углом подъема, что и у зубчатого колеса. В этом случае при нарезании долбяк получает добавочное вращение по винтовой линии от специального копира. Нарезание зубьев ведется за один, два или три рабочих хода. Под рабочим ходом понимается один оборот заготовки в процессе обработки. При обработке за один рабочий ход долбяк устанавливается на полную высоту зубьев. При большем числе ходов долбяк в процессе резания постепенно перемещается к центру зубчатого колеса от копира или при помощи винтовой передачи. Преимуществом обработки зубьев долбяком является возможность нарезания колес для передач с внутренним зацеплением, а также многовенцовых колес с близко расположенными венцами, когда нет выхода для червячной фрезы (рис. 2.98,б). Точность и шероховатость поверхности при обработке на зубодолбежных станках та же, что и на зубофрезерных.

Рейками или гребенками нарезают прямые и косые зубья на зубострогальных станках. При нарезании косозубых колес рейка поворачивается на угол наклона зубьев. Технология изготовления и переточки изношенных реек проще, чем фрез и долбяков. Однако производительность нарезания рейками ниже, чем фрезами и долбяками. Поэтому широкого применения этот инструмент при нарезании зубьев не получил.

 

Накатывание зубьев

Накатывание зубьев осуществляется в холодном или горячем состоянии металла. При горячем накатывании заготовку нагревают до температуры 1000 – 1200 градусов. Инструментом является накатник - зубчатое колесо с модулем зубьев обрабатываемого колеса (рис. 2.100). При накатывании заготовка 1 и накатник 2 вращаются. Накатник имеет осевую или радиальную подачу. Зубья на заготовке формируются при вдавливании зубьев накатника в металл.

Зубья с модулем до 2 мм накатывают в холодном состоянии, а с модулем до 10 мм - в горячем состоянии. При холодном накатывании обеспечивается 7-8 степень точности зубьев с шероховатостью поверхности 0,04 – 0,63 мкм, при горячем – 9 – 10 степень точности. Шероховатость поверхности составляет 1,25 – 2,5 мкм. После горячей накатки зубья подвергают отделочной механической обработке или прикатывают в холодном состоянии. Накатывание зубьев в холодном состоянии производится на токарных и горизонтально-фрезерных станках. Для накатывания зубьев в горячем состоянии применяются специальные станки.

 

2.3.11. Отделка зубьев

 

Целью отделочных операций является повышение точности зубчатых колес за счет исправления погрешностей предыдущей обработки. Эти операции применяются для производства колес с 7 степенью точности и более точных. Зубчатые колеса эксплуатируются в закаленном и незакаленном состоянии.

 

2.3.11.1 Отделка незакаленных зубьев

 

Шевингование применяется для обработки зубчатых колес с прямыми и косыми зубьями в передачах с внешним и внутренним зацеплением. Точность зубьев повышается на одну две степени и соответствует 6-8 степени. Шероховатость поверхности составляет 0,8 – 2 мкм.

Инструментом является дисковый шевер – зубчатое колесо, на боковой поверхности зубьев которого имеются канавки, образующие режущие кромки (рис. 2.101). Для обработки прямозубых колес используется косозубый шевер, для косозубых колес - шевер с прямыми зубьями. Шевингование производят на станках моделей 5701, 5702В и пр. Схема шевингования показана на рис. 2.102. Зубчатое колесо 2 устанавливается в центрах на оправке. Шевер 1 закрепляется в шпиндельной бабке. В зацеплении колесо и шевер образуют винтовую передачу, состоящую из цилиндрических зубчатых колес с перекрещивающимися осями, где ведущим звеном является шевер. В процессе обработки стол с колесом совершает осевое возвратно-поступательное движение с подачей 0,15 – 0,3 мм на один оборот колеса. При обратном ходе стола шевер изменяет направление вращения, и зубья обрабатываются с противоположной стороны. Для удаления припуска в конце каждого хода стола межосевое расстояние уменьшается подачей колеса столом в радиальном направлении. Процесс резания при шевинговании осуществляется за счет относительного скольжения контактирующих поверхностей, присущего винтовым передачам. Припуск на шевингование зависит от модуля колеса и составляет 0,05 – 0,12 мм на сторону зуба.

Прикатывание применяется вместо шевингования для отделки незакаленных зубчатых колес с модулем до 4 мм и диаметром до 150 мм. Процесс осуществляется без снятия стружки за счет пластической деформации. В качестве инструмента используется накатник - закаленное до высокой твердости зубчатое колесо повышенной точности. Обрабатываемое колесо устанавливается между двумя накатниками, которые приводятся во вращение и прижимаются к колесу. Расстояние между осями накатников и колеса постепенно уменьшается до получения необходимого размера зубьев. Производительность прикатывания в 4 – 5 раз выше шевингования. Прикатывание осуществляется в специальных приспособлениях на горизонтально-фрезерных станках.

Приработка осуществляется для зубчатых колес, работающих в паре. Затем эти колеса в паре поставляются на сборку. Для повышения производительности одному из зубчатых колес задают дополнительное возвратно-поступательное движение вдоль оси. Приработка ведется с подачей в зону зацепления масла с абразивным порошком. Процесс выполняют на специальных зубообкаточных станках или непосредственно в собранном узле.

 

2.3.11.2 Отделка закаленных зубьев

 

Зубошлифование является основным видом отделочной обработки закаленных зубьев и осуществляется двумя методами: копирования и обкатки.

Метод копирования при шлифовании аналогичен нарезанию зубьев дисковой модульной фрезой. Здесь круг также имеет эвольвентный профиль, соответствующий впадине зубьев. Круг заправляют тремя алмазами при помощи копировального устройства и одновременно шлифуют две стороны двух соседних зубьев (рис. 2.104). При обработке зубчатое колесо остается неподвижным, а шлифовальный круг совершает возвратно-поступательные движения вдоль зуба. После обработки одной впадины колесо поворачивается на один шаг для обработки следующей впадины. Методом копирования можно обеспечить 6 степень точности зубьев. Более высокую точность получить довольно трудно из-за изнашивания круга.

Метод обкатки при шлифовании позволяет получить более высокую точность. Существуют две разновидности метода обкатки: с периодическим поворотом зубчатого колеса (ППЗК) и с непрерывным его вращением. Сущность метода обкатки с ППЗК заключается в том, что в процессе шлифования воспроизводится зацепление зубчатой пары – рейки и колеса. Частью контура рейки является образующая (или образующие) шлифовального круга (рис. 2.105. Шлифование осуществляется двумя тарельчатыми или одним коническим кругом (рис. 2.105). При шлифовании тарельчатыми кругами они расположены под углом, при котором проекция торца круга 1 совпадает контуром рейки 2. Зубчатое колесо 3 вращается, перемещается перпендикулярно своей оси и совершает возвратно-поступательные движения вдоль зуба. После обработки боковых поверхностей зубьев колесо возвращается в исходное положение и поворачивается на один зуб.

При шлифовании одним коническим кругом его профиль совпадает с контуром одного зуба рейки (рис. 2.105, б). Зубчатое колесо совершает те же движения, что и предыдущем случае. При шлифовании методом обкатки с ППЗК обеспечивается 5 степень точности зубьев.

При шлифовании методом обкатки с непрерывным вращением зубчатого колеса в качестве инструмента используется одно или двухзаходный червячный шлифовальный круг (рис. 2.106). В процессе обработки круг вращается и перемещается вдоль своей оси для равномерного износа по длине. Этим методом обрабатывают зубья с модулем не более 5 мм с точностью до 4-той степени. Шлифование производится на специальных станках с высокой производительностью из-за непрерывности процесса обработки.

Зубохонингование (ЗХ) осуществляют на тех же станках что шевингование. Инструментом является хон – абразивное зубчатое колесо с прямыми или косыми зубьями изготовленное из пластмассы с наполнителем из абразивных зерен, размер которых зависит от требований к шероховатости поверхности. Процессы (ЗХ) и шевингования аналогичны. Применение ЗХ позволяет повысить точность после шлифование на 1-2 степени и довести шероховатость до 0,32 мкм. Толщина снимаемого слоя металла при обработке не превышает 0,03 мм на сторону. Процесс ведут с применением СОЖ.

Притирка осуществляется при зацеплении зубчатого колеса с притирами – чугунными зубчатыми колесами, которые смазываются абразивными пастами. Притирку выполняют на зубопритирочных станках моделей 5П722 и 5725Е, работающих тремя притирами (рис.2.107). В зацеплении колесо 1 и притир 2 образуют винтовую передачу, состоящую из цилиндрических зубчатых колес с перекрещивающимися осями, где ведущим звеном является обрабатываемое колесо. Таким образом, как и при шевинговании обработка осуществляется за счет относительного скольжения контактирующих поверхностей, присущего винтовым передачам. Для повышения скорости скольжения зубчатое колесо и притиры совершают возвратно-поступательные движения вдоль своих осей, что ускоряет обработку. С целью притирки зубьев с обеих сторон зубчатое колесо вращается попеременно в разные стороны. Чтобы повысить давление в зоне контакта зубьев, применяются гидравлические колодочные тормоза 3. Применение притирки позволяет значительно снизить шероховатость боковой поверхности зубьев, повышает плавность работы передачи, уменьшает шум. Однако точность зубчатых колес повышается не более чем на одну степень.

 

2.3.12 Зубозакругление

 

Применяется для облегчения ввода в зацепление зубчатых колес и муфт в коробках передач при переключении на ходу. Производится на специальных зубозакругляющих станках пальцевой или чашечной фрезами после нарезания зубьев до термической обработки. При обработке пальцевой фрезой она вращается и огибает кромку зуба с торца по дуге. После обработки зуба колесо отводится от фрезы, поворачивается на один зуб и снова подается к фрезе (рис. 2.108, а). Более производительным является закругление зубьев чашечной фрезой (рис. 2.110). При обработке фреза совершает возвратно-поступательные движения вдоль своей оси и обрабатывает противоположные стороны двух соседних зубьев (рис. 2.108, б). При обратном ходе фрезы колесо поворачивается на один зуб. Для повышения производительности применяются станки для одновременного закругления зубьев на обоих торцах колеса (рис. 2.109). Формообразование зубьев при закруглении показано на рис. 2.111.

 

2.3.13. Пример технологические процесса изготовления цилиндрического зубчатого колеса

 

Общая структура технологического процесса при обработке цилиндрических зубчатых колес рассмотрена в параграфе 2.3.6. Пример технологического процесса изготовления цилиндрического зубчатого колеса, по чертежу на рис.2.114, приведен в таблице 2.4.