Обработка шлицевых поверхностей

Зубчатые внутренние поверхности, прямые и винтовые, а также пазы в от­верстиях протягиваются на том же оборудовании, что и гладкие отверстия. Однако для протягивания шпоночных пазов заготовка насаживается отверстием на направляющей палец, в котором имеется паз для направления протяжки. Если канавка протягивается за несколько проходов, то под протяжку после каждого прохода помещают прокладку соответствующей толщины. При протягивании шлицевых отверстий исходное круглое отверстие может быть получено любым методом, но лучше, для обеспечения высокой точности взаимного расположения шлицев и отверстия, проводить обработку комбинированной круглошлицевой протяжкой.

Шлифование шлицевых валов выполняется на шлицешлифовальном станке за один переход одним профилированным кругом либо за несколько переходов, когда боковые стороны и дно шлицев шлифуются отдельно. В первом случае обеспечиваются относительная простота наладки, высокая точность относитель­ного расположения шпицев и высокая стойкость круга Однако при раздельном шлифовании дна и боковых сторон шпицев снижается производи-тельность про­цесса шлифования.

Протягивание винтовых шлицевых отверстий отличается от протягивания обычных отверстий тем, что в процессе обработки наряду с поступательным движением заготовке (или протяжке) сообщают вращательное движение. По­следнее можно обеспечить или самовращением силами резания, или принуди­тельно специальной кинематической цепью. Самовращение применяется при небольших углах наклона винтовой линии (до 10°) и невысоких требованиях к точности шага.  Оно обеспечивается применением упорного шарикоподшипника в опоре заготовки. Принудительное вращение, кроме кинематической цепи, может осуществляться с помощью направляюших пальцев, копирных линеек и т.д.

4.6. Методы формообразования зубьев цилиндрических зубчатых по­верхностей

Фрезерование применяют также для обработки зубчатых поверхностей. Обработка осуществляется угловой фрезой в два этапа: сначала фрезеруются впадины, а затем - спинки зуба. Чтобы настроиться на фрезерование спинки зуба, необходимо повернуть заготовку на угол и сместить фрезу на определен­ное расстояние по отношению к положению, которое она занимала при обра­ботке впадины

При формообразовании копированием рабочий профиль инструмента (фрезы, протяжки, шлифовального круга) соответствует профилю впадин меж­ду зубьями обрабатываемого венца (рис.4.12).

Рис. 4.12. нарезание цилиндрических зубчатых колес методом копирования: а - фрезерование дисковой модульной  фрезой; б - фрезерование пальцевой модульной фрезой;

в - зубопротягивание; г - долбление многорезцовой головкой.

Нарезание зубьев цилиндрических зубчатых колес модульными фрезами производится на универсальных фрезерных или специальных зубофрезерных станках с горизонтальными и вертикальными шпинделями. Как правило, модульную фрезы применяют для предварительного нарезания зубьев колёс средних модулей и окончательной обработки зубьев колес крупных модулей. После нарезания одной впадины заготовка с помощью делительного механизма поворачивается на один шаг, и фреза нарезает следующую впадину.

Как известно, профиль зуба зависит не только от модуля, но и от числа зубьев колеса. Чтобы уменьшить номенклатуру модульных фрез, для каждого модуля изготавливают определенный (8, 15 или 26 шт.) комплект. Каждая фреза комплекта предназначена для обработки зубчатых колес определенного модуля и диапазона чисел зубьев. Профиль ее зуба точно соответствует профилю впадины только для одного числа зубьев из соответствующего диапазона, для остальных он приближенный. Чем больше фрез в комплекте, тем меньше отклонения про­филя. Поэтому комплект из 8 фрез позволяет получать зубчатые венцы 9-й сте­пени точности, а для изготовления более точных зубчатых колес требуется ком­плект из 15 или 26 фрез. Источниками погрешностей изготовления зубчатых венцов данным способом являются приближенность профиля инструмента и по­грешности механизма делительной головки.

Производительность при формообразовании модульными дисковыми фре­зами снижается из-за затрат времени на врезание и холостые перемещения при прорезании каждой впадины. Однако преимуществом данного формообразова­ния является относительно низкая стоимость инструмента и возможность вы­полнения работы на универсальных фрезерных станках. При нарезании косозубых колес дисковыми фрезами профиль зуба колеса приближается к эвольвентному в нормальном сечении, а не в торцовом, как при нарезании зубьев другими способами. Поэтому если одно из пары косозубых колес нарезано дисковой мо­дульной фрезой, то и другое должно быть нарезано таким же инструментом.

Концевыми модульными фрезами нарезают зубья средне- и крупномодульных цилиндрических колес, шевронных колес, реек и т. д. Зубья крупных модулей (более 20 мм) предварительно обрабатываются концевой угловой фре­зой, а окончательно — модульной. В случае необходимости на универсальном фрезерном станке модульной фрезой можно нарезать коническое прямозубое колесо. Для этого его заготовку устанавливают в делительной головке так, чтобы дно впадины между зубьями стало горизонтально. Зубья обычно нарезаются за три этапа.  На первом фрезеруются впадины минимальной ширины модульной фрезой, профиль которой соответствует профилю зубьев на минимальном диа­метре колеса. На втором и третьем этапах обработка осуществляется модульной фрезой, профиль которой соответствует максимальному диаметру колеса. При этом стол станка поворачивается на угол, который соответствует сужению впа­дины. На втором этапе фрезеруются левые, а на третьем — правые стороны зубьев. Однако данный способ формообразования малопроизводителен и обес­печивает точность, соответствующую только 10-й степени.

Самым распространенным формообразованием зубьев цилиндрических колес методом обката является зубонарезание модульными червячными фрезами (рис.4.13.). Этот способ универсален (фрезой одного модуля можно нарезать зу­бья на колесах с разным их числом), достаточно производителен и обеспечивает 7-ю и 8-ю степень точности зубчатого венца.  Для обработки колёс 7-й степени  точности применяются прецезионные червячные фрезы класса АА, а для 8-й  и  9-й — соответственно классов точности А и В

Рис. 4.13. Нарезание цилиндрических зубчатых колёс методом обкатки: а - фрезерование червячной модульной фрезой; б – зубодолбление долбяком  в – зубострогание долбяком;

г – зубодолбление рейкой; д – обкатное зубопротягивание.

 Зубофрезерование с осевой подачей фрез применяют при нарезании цилиндрических колёс с прямыми и винтовыми зубьями Недостатком этого способа является большая доля врезания в рабочем ходе червячной фрезы при обработке колес с прямыми зубьями.

Длина и время врезания существенно снижаются при зубофрезеровании с радиально-осевой подачей. Этот способ экономичен при обработке заготовок зубчатых колес с большим углом наклона зубьев и при работе червячными фре­зами большого диаметра. Оносуществляется на специальных зубофрезерных станках.

При зубофрезеровании цилиндрических колес ось червячной фрезы накло­няется под углом так, чтобы в зоне обработки касательная к витку ее резьбы бы­ла параллельна зубу обрабатываемой заготовки, если направления витков на чер­вячной фрезе и спирали на обрабатываемой заготовке различны, и если фреза и спираль нарезаемого колеса одинаково право- или левозаходные.

Для повышения точности зубофрезерования и уменьшения шероховатости обработанной поверхности, а также увеличения стойкости червячной фрезы ре­комендуется перемешать инструмент вдоль оси из расчета 0,2 мкм за 1 оборот. Это перемещение может осуществляться на современных станках автоматиче­ски: после нарезания определенного числа заготовок; после каждого цикла зубо­фрезерования непрерывно при работе фрезы.

Повышение производительности при зубофрезеровании достигается:

1) применением сборных червячных фрез увеличенного диаметра с увеличенным диаметром посадочного отверстия, благодаря чему можно работать с повышен­ными режимами резания;

2) использованием попутного направления осевой по­дачи;

3) применением радиального врезания фрезы, особенно при обработке уз­ких колес;

4)нарезанием нескольких зубчатых колес на одной оправке (пакетом).

Предварительное нарезание зубьев колес червячными фрезами необходимо выполнять за один проход, и только если мощность станка недостаточна — за два прохода При этом колеса с четным числом зубьев надо нарезать однозаходными фрезами, а с нечетным числом зубьев — двухзаходными, что приведет к уменьшению погрешности окружного шага.

Лучшими показателями обладает способ нарезания червячных зубчатых колес с радиально-тангенциальной подачей, когда предварительная обработка осуществляется заборной частью фрезы при ее внедрении на радиальной подаче до достижения номинального межосевого расстояния, а затем производится ав­томатическое переключение на чистовую обработку с тангенциальной подачей.

Цилиндрические зубчатые колеса можно нарезать на зубострогальных станках зубчатой рейкой и на долбежных станках круглыми модульными долбяками. Нарезание зубьев у заготовок зубчатой рейкой менее производительно, чем модульным долбяком, и поэтому применяется редко. Способ обработки мо­дульными долбяками более универсален, чем зубофрезерование червячными мо­дульными фрезами, так как его можно использовать для нарезания зубчатых ко­лес внешнего и внутреннего зацеплений с прямыми и косыми зубьями. А блоч­ные колеса с близко расположенными венцами и шевронные колеса можно наре­зать только модульными долбяками. Для нарезания косозубых колес внешнего зацепления долбяк должен быть тоже косозубым с тем же углом наклона, но с противоположным направлением. Кроме того, долбяк должен получать дополнительное возвратно-вращательное движение от специального копир, с винто­выми направляющими. Направление винтовых направляющих копира совпадает с направлением зубьев долбяка, а их шаг (ход) равен шагy винтовой линии долбяка, зависящему от угла наклона его зубьев и диаметра делительной окружно­сти.

Число переходов при зубодолблении  зависит от модуля, материала заго­товки и требуемой точности. Зубчатые колеса с модулем 2...3 мм обрабатывают за два перехода с одной установки (один предварительный и один чистовой), а с модулем 3...6 мм — за три перехода (два предварительных и один чистовой).

Нарезание шевронных зубчатых колес осуществляется на горизонтальных станках двумя спаренными косозубыми долбяками с правым и левым наклоном зубьев.

Долбяки со специальной заточкой могут нарезать зубья шевронного ко­леса без разделительной канавки.

Зубошвингование дисковым шевером является наиболее распространен­ным способом чистовой обработки зубьев закаленных (твердость до 32..34 НRСэ) цилиндрических колес с внешним или внутренним зацеплением после зубофрезерования либо зубодолбления (рис. 4.14.).

Шевингование повышает точ­ность на одну - две степени. Оно может обеспечить 6...8-ю степени точности и параметр шероховатости Rа = 0,8...2 мкм. Точность, достигаемая шевингованием, зависит как от точности предварительной обработки так и от коэффициента перекрытия шевера с обрабатываемым колесом, который должен быть болыше 1,6.

Шевингование позволяет выполнять продольную и профильную модифи­кации зуба Продольная модификация обеспечивает бочкообразную форму зуба с целью исключения концентрации нагрузки на его концах, Модификация эвольвентного профиля зуба позволяет уменьшать уровень шума и повышать долговечность передачи.

В процессе шевингования шевер и обрабатываемое колесо находятся в полном зацеплении, а их оси скрещиваются. Кромки нанесенных на боковую поверхность зубьев шевера мелких канавок (глубина  и ширина примерно по 0,8 мм) являются режущими и снимают тонкую волосовидную стружку толщиной 1...5 мкм..

При совместном вращении шевера и колеса вследствие скрещивании их осей возникает скольжше профилей вдоль зуба, скорость которого в данной случае и является скоростью резания. Броме того, обрабатываемое колесо со­вершает возвратно-поступательное движение параллельно своей оси, и в конце каждого хода шеверу (или заготовке) сообщается ступенчатая радиальная пода­ча. Несколько последних возвратно-поступательных ходов совершаются без ра­диальной подачи (калибрование).

Рис. 4.14. Чистовая лезвийная обработка цилиндрических зубчатых колес: а - хонингование дисковым шевером; б - шевингование шевер-рейкой; в - профиль зуба колеса под шевингование; г - профиль фрезы; д - зубозакругление пальцевой фрезой; е - зубозакругление полой чашечкой.

Другие способы шевингования отличаются от параллельного направлением подачи и конструкцией шевера. При диагональном шевинговании обрабатываемое колесо совершает возвратно-поступательное движение под утлом к своей оси, благодаря чему длина хода становится меньше ширины зубчатого колеса. Ширина зубчатого венца обычно больше ширины шевера.

Лучшие условия для резания имеют место при угле, равном 35...40⁰. Угол больше 20° не рекомендуется. Точка скрещивания осей в процессе подачи пере­мешается по всей ширине шевера, что обеспечивает равномерное изнашивание и повышенную по сравнению о параллельным шевингованием стойкость шевера.  Другим преимуществом диагонального шевингования является уменьшение длины рабочего хода стола, что позволяет повышать производительность про­цесса (до 50%).

При тангенциальном шевинговании подача стола осуществляется в на­правлении, перпендикулярном к оси заготовки. Ширина шевера больше ширины колеса, а его режущие зубцы смещают относительно торца по винтовой линии. Обработка заготовки осуществляется за один двойной ход при неизменном ме­жосевом расстоянии.

Тангенциальньй способ шевингования более производите­лен, чем перечисленные ранее, и обычно применяется для обработки узких зуб­чатых венцов и блочных колес с полуоткрытыми венцами.

При врезном шевинговании шевер осуществляет радиальную подачу, а стол с заготовкой не перемешается. Вся поверхность зубьев колеса обрабатывается одновременно, для чего зубья шевера в продольном направлении имеют вогну­тость, а режущие зубцы располагаются по винтовой линии. Последний способ применяют в массовом производстве, так как его производительность в 2. ..4 раза выше, чем при диагональном шевинговании, но шевер является специальным инструментом.

Зубчатые колеса внутреннего зацепления шевингуют на специальных станках. Угол скрещивания осей—около 3°. Зубья шевера имеют небольшую бочкообразносгь. Применяются способы параллельного и врезного шевингова­ния.

Зубошлифование является наиболее надежным способом обеспечения вы­сокой точности закаленных зубчатых колес, так как его результат мало зависит от погрешности предыдущей обработки, коробления при термической обработке и припуска. Основным недостатком этого способа является относительно низкая производительность.

Достаточно точным (5-я степень) и наиболее производительным является шлифование червячным кругом. Шлифование дисковым коническим кругом ме­тодом обкатки с делением обеспечивает хорошую точность, достаточно универ­сально и поэтому широко применяется в мелкосерийном производстве. Наи­большую точность (4-я степень) обеспечивает шлифование зубьев тарельчатыми кругами по методу обкатки с делением. Последний метод достаточно универса­лен, но наименее производителен из рассмотренных. Так как разместить два кру­га во впадине между зубьями с модулем меньше 9 мм невозможно, то в таких колесах одновременно шлифуются разноименные стороны двух соседних впа­дин.

Для повышения долговечности и плавности ответственных передач, а так­же для уменьшения уровня шума применяется притирка зубчатых колес, которая позволяет снижать отклонения профиля, уменьшать значение параметра шеро­ховатости в 2...4 раза Притирка колес 6-й степени точности и средних габаритов рентабельна при соблюдении следующих условий:

1) колеса, подготовленные под притирку, должны иметь точность до 7-й степени включительно;

2) припуск на притирку по толщине зуба не должен превышать 0,05 мм.

Притирку осуществляют на специальных станках (реже в рабочем корпусе) в зацеплении со специальным чугунным зубчатым колесом или в паре с сопря­гаемым колесом (приработка) при окружной, силе 10...20 Н на 1 см ширины ко­леса. На притирочных станках притирка цилиндрических колес осуществляется либо при параллельных, либо при перекрещивающихся осях изделия и притира (как при шевинговании). Кроме вращения, притиру сообщается медленное осе­вое движение подачи. Длина зубьев притира принимается на 4...8 мм больше длины зубьев притираемого колеса При притирке в зону зацепления подается притирочная паста, состоящая из абразивного порошка (электрокорунда) зерни­стостью 5... 10 и вазелиновой или масляной связки. Продолжительность притирки составляет 5...6 мин.