Обработка посадочного (центрального) отверстия

Технология изготовления цилиндрических зубчатых колес

2.3.1. Служебное назначение и типовые конструкции зубчатых колес

Цилиндрические зубчатые колеса служат для передачи вращательного движения между валами с параллельными и перекрещивающимися осями. Различают силовые зубчатые передачи, служащие для передачи крутящего момента с изменением частоты вращения валов и кинематические передачи, служащие для точной передачи вращательного движения между валами при небольших значениях крутящего момента. Цилиндрические зубчатые колеса изготовляют с прямыми, косыми и шевронными зубьями. В зубчатой передаче с перекрещивающимися осями применяются колеса с винтовыми зубьями.

Основными механизмами, в которых применяют цилиндрические зубчатые колеса являются коробки передач тракторов, автомобилей, станков пр.

По конструкции цилиндрические зубчатые колеса делятся на пять основных типов (рис. 2.81): I - одновенцовые колеса с достаточно большой длиной посадочного отверстия; II – многовенцовые колеса; III - одновенцовые колеса типа дисков; IV – венцы, которые изготавливаются отдельно и соединяются затем со ступицей; V – колеса – валы (вал-шестерни).

Рис. 2.81 Типовые конструкции цилиндрических зубчатых колес

Требования к точности зубчатых колес

Точность зубчатых колес существенно влияет на уровень шума в передаче, плавность и долговечность ее работы. Основными показателями точности зубчатых колес являются:

Кинематическая точность - характеризуется погрешностью угла поворота колеса за один оборот шестерни и связана с накопленной ошибкой шага. Важна для механизмов, где требуется точность передаточного отношения.

Плавность работы – характеризуется колебаниями скорости вращения колеса при равномерном вращении шестерни в пределах одного оборота. Связана с ошибками шага и профиля зубьев. Влияет на динамические нагрузки и шум при работе передачи.

Пятно контакта зубьев –размер пятна влияет на величину контактных напряжений на боковой поверхности зубьев. Оказывает влияние на долговечность работы передачи.

Боковой зазор между по нерабочими поверхностями зубьев при их контакте по рабочим поверхностям характеризуется свободным вращением колес без заклинивания зубьев. Этот зазор важен для реверсивных передач, а также для работающих при высокой температуре.

По ГОСТ 1643—81 установлено 12 степеней точности зубчатых колес передач (в порядке убывания точности): от 1 до 12. Для степеней точности 1 и 2 допуски в стандарте не указаны. Эти степени оставлены для дальнейшего развития, чтобы не вводить как в других стандартах обозначения с нулем (0 или 01). Наиболее широко в машиностроении применяются колеса 6 – 8 степени точности. В приборостроении и станкостроении используются колеса 5 степени точности. В открытых передачах используются колеса 9 степенью точности.

Независимо от степени точности стандартом установлены нормы точности на боковой зазор, который обозначен в порядке увеличения: Н, Е, Д, С, В, А. Зазор в сопряжении Н минимален и равен нулю. Обычно рекомендуется сопряжение В.

Точность зубчатых колес в силовых передачах выбирается в зависимости от скорости вращения, а точность зубчатых колес в кинематических передачах выбирается в зависимости от назначения этих передач. Для точных зубчатых колес нормируется также торцевое и радиальное биение. Посадочное отверстие выполняется по 7 квалитету, а для прецизионных колес по 5 – 6 квалитету.

Материал и термическая обработка зубчатых колес

Основными материалами для зубчатых колес являются углеродистые и легированные стали, которые термически упрочняются до высокой твердости, марок 45, 20Х, 40Х, 40ХН, 35ХМ и пр.

Материал зубчатого колеса выбирается в зависимости от сил, передаваемых колесом.

Слабонагруженные зубчатые колеса изготовляются из низкоуглеродистой стали, чугуна и пластмасс.

Термическая обработка применяется для повышения твердости зубьев. С повышением твердости растет несущая способность передач по контактной прочности. Поэтому закалку используют для повышения твердости зубьев в силовых передачах. В кинематических передачах, предназначенных для точной передачи вращательного движения между валами при небольших значениях крутящего момента, зубчатые колеса закалке не подвергаются. Основными видами упрочняющей термической обработки зубчатых колес являются:

Материалом для червяков служат низкоуглеродистые и легированные стали. Червячные колеса изготовляются из бронзы, антифрикционного чугуна и т. п.

Объемная закалка является наиболее простым способом термообработки колес. К ее недостаткам следует отнести высокую прокаливаемость материала, что уменьшает сопротивление усталости материала при изгибе зубьев.

Поверхностной закалкой обеспечивается высокая твердость поверхности зубьев при вязкой сердцевине. Нагрев колес при поверхностной закалке производится в индукторах токами высокой частоты (ТВЧ).

Химико-термическая обработка (ХТО) заключается в насыщении поверхности металла различными химическими элементами. В настоящее время применяются следующие виды ХТО:

Цементация – насыщение стали углеродом с последующей закалкой обеспечивает высокую твердость поверхности зубьев при вязкой сердцевине. Для цементации применяются легированные стали с низким содержанием углерода: 20Х, 12ХН3А, 20ХНМ, 15ХФ и пр.

Азотирование – насыщение стали азотом обеспечивает высокую твердость поверхности зубьев без последующей закалки. Сталями для азотирования являются 38Х2МЮА, 40ХФА, 40ХНА и пр. Зубья после азотирования не шлифуют. В этой связи азотирование применяют для упрочнения колес зубчатых передач с внутренним зацеплением. Недостатком азотирования является длительность процесса (до 60 час.) и малая толщина упрочняемого слоя до 0,5 мм.

Нитроцементация – насыщение стали углеродом и азотом с последующей закалкой протекает при более высоких скоростях диффузии (до 0,1 мм/час). Сталями для данного вида ХТО являются 40Х, 18ХГТ и пр.

Стальное литье применяют для колес большого диаметра. Литейными марками сталей являются: 35 – 55Л, 40ХЛ, 30ХГСЛ и пр. Литые колеса подвергают нормализации.

Чугуны применяют для изготовления зубчатых колес открытых тихоходных передач. Чугуны проявляют хорошую стойкость к заеданию. Поэтому чугунные зубчатые колеса могут работать без смазки. Для изготовления чугунных колес используют серые чугуны марок СЧ25 - СЧ45, а также высокопрочные чугуны с шаровидным графитом.

2.3.4. Методы получения заготовок

Заготовки для зубчатых колес в мелкосерийном производстве изготавливают из проката или свободной ковкой. В крупносерийном и массовом производстве - штамповкой на молотах, прессах и горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). Металл перед ковкой и штамповкой нагревают до температуры 1200 - 1300 градусов. Заготовки червяков диаметром более 50 мм получаются штампованием, а заготовки червячных колес — литьем.

Заготовки из проката получают их отрезкой от прутка на заданный размер. Максимальный диаметр проката, который выпускает промышленность, составляет 250 мм. Поэтому диаметр вершин зубьев не превышает этого размера. Стальные нагруженные зубчатые колеса и червяки диаметром не более 50 мм изготовляются из калиброванных прутков.

Свободную ковку осуществляют на молотах или прессах между плоскопараллельными плитами. Этим методом можно получать заготовки диаметром свыше 250 мм. Однако форма заготовки лишь приближена к профилю зубчатого колеса. Для снижения трудоемкости при механической обработке в крупных заготовках прошивают посадочное отверстие. При механической обработке заготовок полученным из проката и свободной ковкой расходный коэффициент металла является наиболее высоким по сравнения с штампованными заготовками. Припуски на заготовках: на ковочных молотах — 5 мм; на штамповочных молотах — 3—4 мм; на горизонтально-ковочных машинах— 2—3 мм на сторону.

Штамповку на прессах или молотах заготовок для зубчатых колес производят в подкладных или закрепленных штампах. Заготовку в подкладных штампах деформируют с торца (рис. 2.82, а). Закрепленные штампы могут быть закрытыми или открытыми (рис. 2.82, б; в). В открытых штампах в плоскости разъема образуется заусенец – облой, который удаляют затем в обрезных штампах в холодном или горячем состоянии. В закрытых штампах образуется торцовый заусенец, который удаляют точением. Штамповку в закрепленных штампах производят с торца, когда разъем штампа перпендикулярен оси заготовки, или с разъемом штампа вдоль оси заготовки (рис. 2.83, а; б).

Рис. 2.82 Схемы штамповки а – в подкладных штампах; б – в закрытых; в – в открытых 1 – пуансон (подвижная часть штампа) 2 – матрица (неподвижная часть штампа) 3 - штамповка

Штамповкой (высадкой) на ГКМ получают заготовки из прутков для блоков зубчатых колес или валов – шестерен, т.е. когда заготовки имеют участки с большим перепадом по диаметру (рис. 2.84). Схема работы ГКМ показана на рис. 2.85. Матрица ГКМ имеет разъем. Одна часть матрицы подвижная другая неподвижная. Пуансон при высадке перемещается в горизонтальном направлении. Штамповка производится в следующей последовательности:

I – пруток закладывается в разъемную матрицу до упора; II – упор отводится, пруток зажимается в матрице и деформируется пуансоном; III – процесс деформации заканчивается, IV – подвижная часть матрицы пуансон отводятся в исходное положение, поковка извлекается из штампа.

Линия разъема штампа

Рис. 2.84 Заготовки для зубчатых колес, полученные на ГКМ

Рис. 2.83 Штампованные заготовки для зубчатых колес а – в торец; б - вдоль оси

Рис. 2.85 Схема работы горизонтально-ковочной машины

Точность заготовок, полученных на штамповочных молотах, соответствует 9-му классу, на прессах — 7—8-му классам точности. Штамповочные уклоны в заготовках допускаются до 7.

2.3.5. Базирование зубчатых колес при механической обработке

Технические условия на изготовление зубчатых колес.

Основные технические требования, предъявляемые к зубчатым колесам заключаются в следующем:

отклонение от концентричности начальной окружности зубчатого колеса относительно посадочных поверхностей (эксцентриситет) до пускается не более 0,05—0,1 мм;

не перпендикулярность торцов к оси отверстия или вала (биение торцов) обычно принимается не более 0,01—0,015 мкм на 100 мм диаметра.

центральное отверстие рекомендуется выполнять по 2-му классу точности, посадочные шейки зубчатых колес-валов также обычно выполняют по 2-му классу точности.

шероховатость обработки указанных поверхностей— по 7—8-му классам.

Задачей базирования является обеспечение соосности делительной окружности колеса и посадочных поверхностей (центрального отверстия колеса или шеек вала-шестерни). От этого зависят такие параметры точности зубчатых колес и передачи, как колебание межосевого расстояния, боковой зазор и радиальное биение зубчатого венца.

Базовыми поверхностями зубчатых колес на большинстве операций при механической обработке (токарных, зубонарезных, зубоотделочных) являются торцевые поверхности и посадочное (центральное) отверстие, которое может быть гладким с пазом под шпонку, шлицевым или профильным контуром (рис. 2.86). Эти поверхности обрабатываются точно в первую очередь.

Рис. 2.86 Форма центрального отверстия зубчатого колеса

а – шлицевое прямобочное, б - шлицевое эвольвентное, в – профильное с РК

Усталостная прочность валов с профильным контуром в пять раз выше прочности шлицевых и шпоночных соединений за счет снижения концентрации напряжений, в то время как затраты на изготовление уменьшаются в два раза.

Базовыми поверхностями зубчатых колес типа валов являются центровые отверстия. Обработка этих деталей начинается с фрезерования торцов и сверления центровых отверстий.

2.3.6. Структура технологического процесса при обработке цилиндрических зубчатых колес

Технологические методы обработки зубчатых колес

Основными факторами, влияющими на характер технологического процесса обработки зубчатых колес, являются: конструкции и размеры зубчатого колеса; вид заготовки и материал; требования к точности и качеству термической обработки колеса; годовая программа производства.

Конструкция колеса существенно влияет на последовательность его обработки и подбор необходимого оборудования.

Вся первичная обработка венцового зубчатого колеса производится в трехкулачковом патроне с зажатием специальными кулачками по коническим поверхностям колеса.

Зубчатое колесо со ступицей, как правило, обрабатывается в начальной стадии на оправке, а зубчатое колесо с валиком — в центрах.

Конструкция колеса влияет на способ нарезания зубьев. Например, при незначительном промежутке между двумя зубчатыми венцами блочного колеса обработку венцов производят на зубодолбежном станке, при достаточном расстоянии между венцами применяют фрезерование зубьев. Это в равной степени относится и к отделочным операциям — шлифованию и шевингование зубьев.

Зубчатые колеса с наружным диаметром 50—55 мм и более изготовляются из поковок и штамповок на станках патронного типа с предварительной обработкой отверстия.

Характер технологического процесса обработки зубчатых колес зависит от требуемой точности, качества поверхности и термической обработки зубчатого колеса. Технологический процесс изготовления зубчатого колеса можно разделить на четыре основных этапа: 1) черновая и чистовая обработка заготовки; 2) нарезание зубьев; 3) термическая обработка; 4) отделочные и доводочные операции после термической обработки.

Особенностью технологического процесса изготовления зубчатых колес – валов является наличие операций по обработке зубьев, а в остальном он тот же, что и при изготовлении ступенчатых валов.

2.3.7. Токарная обработка

В мелкосерийном производстве зубчатые колеса до нарезания зубьев обрабатываются на универсальных токарно-винторезных и токарно-револьверных станках. При использовании револьверного станка вся обработка заготовки с одной стороны производится полностью с одновременной окончательной обработкой отверстия. При сложной конфигурации обработка заготовки с другой стороны может быть также выполнена на револьверном станке. Деталь зажимается по уже обработанной поверхности, в трехкулачковом самоцентрирующем патроне. Если заготовка простой формы, то ее другую сторону можно обработать на токарном станке.

Схема технологической наладки для обработки зубчатого колеса на токарно-револьверном станке представлена на рис. 2.87. При обработке деталь зажимают в трехкулачковом самоцентрирующем патроне. В позиции 1 револьверной головки двумя резцами обтачивают наружную поверхность заготовки. Одновременно одним резцом растачивают внутреннюю поверхность, другим резцом снимают внутреннюю фаску. После отвода револьверного суппорта, двумя резцами Б с поперечного суппорта подрезают торцы. В позиции 2 револьверной головки широкими пластинами подрезают внутреннюю торцовую поверхность. Резцом А поперечного суппорта снимают фаску на наружной поверхности. В позиции 3 револьверной головки растачивают центральное отверстие. В позиции 4 с помощью специального приспособления прорезают внутреннюю канавку. В позициях 5 и 6 револьверной головки центральное отверстие развертывают черновой и чистовой развертками.

Рис. 2.87 Технологическая наладка обработки зубчатого колеса на токарно-револьверном станке

В крупносерийном производстве зубчатые колеса обрабатывают на токарных и токарно-револьверных станках с ЧПУ моделей 16К20Ф3, 16К30Ф305, 16К20Т1, 1В340Ф3, 1Е365ПФ3 и пр. Общий вид токарного станка с ЧПУ показан на рис. 2.88. Станок имеет следующие основные узлы: 1 – привод; 2 – передняя шпиндельная бабка; 3 и 7 - верхний и нижний суппорты; 4 и 6 – поворотные резцедержатели; 5 – задняя бабка; 8 – станина с направляющими. Для повышения производительности применяются двухшпиндельные токарные станки с ЧПУ, у которых вместо задней бабки установлена шпиндельная бабка с приводом рис.2.89. Это дает возможность одновременно обрабатывать зубчатое колес с двух сторон.

	Рис. 2.89 Схема двухшпиндельного токарного станка с ЧПУ
	Рис. 2.90 Схема наладки для обработки блока зубчатых колес на одношпиндельном многорезцовом токарном полуавтомате

Рис.2.91 Наладка восьмишпиндельного полуавтомата для обработки зубчатых колес

Еще большая производительность обеспечивается применением токарных многорезцовых полуавтоматов (ТМП) моделей 1А720, 1А730 и пр. Схема наладки для обработки блока зубчатых колес на одношпиндельном ТМП представлена на рис.2.90. В данном случае обработка цилиндрических поверхностей производится с переднего продольного суппорта, а обработка торцев, канавок и большинства фасок с заднего поперечного суппорта.

В массовом производстве применяют многошпиндельные токарные полуавтоматы моделей 1К282, 1283, 1Б284, 1А286-6 и пр. Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки на станке модели 1А286-6 составляет 630 мм. Схема наладки для обработки зубчатого колеса показана на рис. 2.91. Станок имеет поворотный стол, в центре которого расположена восьмигранная колонна. На гранях колонны установлены суппорта трех типов: продольного, поперечного и продольно-поперечного точения. Последний суппорт имеет салазки для продольного и поперечного перемещения резцов. Напротив каждой грани колонны размещены вращающиеся шпиндели с патронами для закрепления заготовок. Согласно рис. 2.91 обработка на станке ведется по следующей схеме. На позиции I производится установка заготовки. В этой же позиции со станка снимается готовая деталь. На позициях II – IV заготовка обрабатывается с одной стороны. На позиции V заготовка переустанавливается и обрабатывается с другой стороны. Для точной обработки отверстия на позиции VI применяют плавающую развертку. На позициях VII и VIII для сверления и зенкерования восьми отверстий используют специальные многошпиндельные головки.

Токарную обработку крупных цилиндрических колес диаметром свыше 500 мм для тяжелом машиностроения выполняют на токарно-карусельных станках (ТКС). Колеса 8 степени точности и менее точные обрабатываются на ТКС окончательно. Колеса 7 степени точности и более точные обрабатываются на ТКС с припуском для окончательной обработки после сборки с валом. Диаметр заготовок, обрабатываемых на ТКС, достигает 20 м. По своей компоновке ТКС делятся на одностоечные (моделей 1508, 1510, 1512 и пр.) и двухстоечные (моделей 1520, 1525, 1540 и пр.). Широко применяются ТКС с ЧПУ моделей 1512Ф3, 1516Ф3, 1525Ф3 и пр. При чистовой обработке на ТКС достигается точность по 7-8 квалитетам и шероховатостью поверхности 3,2-6,3 мкм.

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.

	Рис. 2.94 Схема протягивания отверстия круглой протяжкой с установкой зубчатого колеса на шаровой опоре
	Рис. 2.95 Схема обработки отверстия на внутришлифовальном станке.
	Рис. 2.96 Схема шлифования отверстия и торца зубчатого колеса с одного установа
	Рис. 2.97 Схема протягивания шпоночного паза в отверстии зубчатого 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.

Рис. 2.92 Нарезание зубьев методом копирования

а – дисковой фрезой; б – пальцевой фрезой

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.

Рис. 2.93 Нарезание зубьев с помощью делительной головки

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).

Рис. 2.98 Схема нарезания цилиндрических зубчатых колес методом обкатки.

а – червячной фрезой, б – дисковым долбяком, в – гребенкой;

1 – зубчатое колесо, 2 - инструмент

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.

Рис. 2.99 Схемы зубофрезерования а – с осевой подачей, б – с радиальной и осевой подачами

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.

Рис. 2.100 Схема накатывания зубьев

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.

	Рис. 2.101 Дисковый шевер
	Рис. 2.102 Установка шевера и колеса на станке
	Рис. 2.103 Схема шевингования

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.


Рис. 2.104 Схема правки круга для шлифования зубьев методом копирования	а	б
	Рис. 2.105 Схема шлифования зубьев методом обкатки а – двумя тарельчатыми кругами, б – одним коническим кругом

	Рис. 2.106 Шлифование зубьев методом обкатки червячным кругом

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. Для уменьшения шероховатости поверхности профиля зуба и, как следствие, уменьшения шума при работе передачи применяют хонингование зубьев колес после термической обработки. Зубохонингование производят на станке, аналогичном шевинговальному, при скрещивающихся осях хона и обрабатываемого колеса, но без механизма радиальной подачи. При этом установленное в центрах зубчатое колесо совершает кроме вращательного (реверсируемого) и возвратно-поступательное движение вдоль своей оси. 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.

Рис.2.107 Схема притирки зубьев

2.3.12 Зубозакругление

Применяется для облегчения ввода в зацепление зубчатых колес и муфт в коробках передач при переключении на ходу. Чтобы устранить удары и выкрашивание кромок при переключении зубчатых колес, зубья закругляют специальными фрезами на зубозакругляющих станках.

Фланкированием называют изменение бокового профиля зубьев основной рейки для обеспечения плавного входа сопряженных зубьев колес в зацеплении в связи с чем уменьшается шум в передаче.

Бочкообразность придают зубьям одной из пары обрабатываемых колес для получения поверхности контакта зубьев в виде вытянутого овала по их средней части.

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.

			Рис.2.108 Схема зубозакругления зубьев а – пальцевой фрезой; б – чашечной фрезой

Рис.2.109 Станок для закругления зубьев двумя чашечными фрезами	Рис.2.110 Чашечная фреза			Рис.2.111 Зубья колеса при закруглении
а б
Рис. 2.112 Зубья с фасками а – с одной стороны; б – с двух сторон		Рис. 2.113 Схема снятия фасок у зубьев режущим инструментом в виде зубчатых колес

Снятие фасок и удаление заусенцев производятся на станках с абразивными кругами, имеющими профили, соответствующие форме зуба обрабатываемого колеса. Вращение осуществляется путем ввода зубьев в зацепление с витками круга.

С зубчатых колес малых размеров заусенцы удаляют с помощью ультразвука. При этом способе дополнительно сглаживаются острые кромки, а рабочие поверхности зубьев изменениям не подвергаются.

Получает распространение способ снятия заусенцев галтовкой в барабане, причем, выбирая соответствующие наполнитель и частоту вращения барабана, достигают хорошей очистки зубьев без искажения их профиля.

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.

Материал – сталь 40Х. Торцовое биение поверхностей А и Б относительно оси отверстия — не более 0, 02. Степень точности по ГОСТ 1643-81 7-Х. Фаски 1 х 45°. Рис. 2.114 Чертеж зубчатого колеса

Таблица 2.4 - Типовой технологический маршрут обработки цилиндрического зубчатого колеса

Опера-ция	Содержание или наименование операции	Станок, оборудование	Оснастка
005	Отрезать заготовку
010	Термическая обработка
015	Подрезать торец Æ60h11/Æ30H7 предварительно. Сверлить и зенкеровать сквозное отверстие Æ30H7 под протягивание. Точить поверхность Æ60h11 до Æ62. Точить и расточить фаски	Токарный полуавтомат с ЧПУ КТ141	Трехкулачковый патрон
020	Протянуть отверстие Æ30H7 до Æ30	Протяжной 7512	Жесткая опора
030	Технический контроль
035	Долбить 28 зубьев (т = 2) предварительно под шлифование	Зубодолбежный 5122В	То же
040	Зачистить заусенцы по торцам зубьев	Одношпиндельный полуавтомат 56525
045	Протянуть шпоночный паз B= 6H8 окончательно	Протяжной 7512	Направляющая втулка
050	Зачистить заусенцы в шпоночном пазу	Машина для снятия заусенцев
055	Промыть деталь	Моечная машина
060	Технический контроль
065	Термическая обработка
070	Шлифовать сквозное отверстие Æ30H7 и торец Æ60/h11/Æ30H7 окончательно	Внутришлифоваль- ный ЗА227АФ2
075	Шлифовать торец Æ50/Æ30H7 оконча тельно	Плоскошлифоваль- ный ЗБ740ВФ2	Магнитный стол
080	Шлифовать 28 зубьев (т = 2) окончательно	Зубошлифовальный 5В833	Оправка
085	Промыть деталь	Моечная машина
090	Технический контроль
095	Нанесение антикоррозионного покрытия

Дата добавления: 2021-04-15; просмотров: 553; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!