Методы нарезания зубчатых колес.

Для изготовления зубчатых колес применяются вертикально- и горизонтально фрезерные универсальные станки (в индивидуальном и мелкосерийном производстве) и специальные зубонарезные станки, относящиеся по классификации металлорежущих станков к группе №5 «Зубо- и резьбообрабатывающие». В этой группе находятся станки следующих типов: 0 – резьбонарезные; 1 – зубострогальные для цилиндрических колес; 2 – зуборезные для конических колес; 3 – зубофрезерные; 4 – для нарезания червячных пар; 5 – для обработки торцов зубьев; 6 – резьбофрезерные; 7 – зубоотделочные и проверочные; 8 – зубо- и резьбошлифовальные; 9 – разные зубо- и резьбообрабатывающие.

Различают два основных метода нарезания цилиндрических зубчатых колес: метод копирования и метод обката.

Метод копирования основан на нарезании колес фасонным режущим инструментом, имеющим форму впадины зуба. Нарезание колес осуществляется на горизонтально-фрезерных станках дисковой модульной фрезой (рис. 82) или на вертикально-фрезерных станках пальцевой модульной фрезой (рис. 83). Дисковые модульные фрезы применяют для нарезания колес с мелким модулем (до 10 мм.), а пальцевые модульные фрезы для нарезания крупномодульных (свыше 10 мм.) прямозубых, косозубых и шевронных колес.

При нарезании зубчатых колес модульным инструментом фрезе придается движение вращения (v), а стол станка вместе с делительной головкой получает движение подачи S_пр (мм/мин). После обработки одной впадины стол станка отводится в исходное положение и при помощи делительной головки колесо поворачивается на заданный угол (на 1/z часть оборота) для нарезания следующей впадины.

Форма впадин зубчатого колеса зависит не только от модуля, но и от числа зубьев. Поэтому для получения точного профиля каждому зубчатому колесу с заданным числом зубьев и модулем должна соответствовать фреза определенного профиля. Так как это практически нецелесообразно, модульные фрезы выпускаются наборами из 8, 15 и 26 штук по каждому модулю. Например, набор фрез из 8 штук (одного модуля):

Метод копирования низкопроизводителен, так как после рабочего хода нарезки каждого зуба необходим холостой ход. Кроме того, точность нарезки зубьев как по шагу, так и по профилю зуба является недостаточной. Профилирование модульной фрезы ведется по наименьшему числу зубьев, входящему в данный диапазон, а нарезание колес с другим числом зубьев данного диапазона ведется уже с погрешностью. Кроме того на точность зубьев колес при этом влияет погрешность делительного механизма станка, ошибки в установке фрезы и другие факторы. Поэтому метод копирования применяется только в единичном и мелкосерийном производствах.

Глубиной резания (t) при нарезании зубчатых колес является полная высота впадины. Колеса с модулем до 3 мм нарезаются за один проход, от 3 до 6 мм - за два прохода, а выше 6 мм за 3 прохода. При недостаточной мощности и жесткости станка и детали черновая обработка может быть произведена и за большее число проходов.

Минутная подача S_мин зависит от материала фрезы и нарезаемого колеса, от величины модуля и типа фрезы. Рекомендуемые величины указываются в справочниках.

Обработка стальных зубчатых колес ведется с применением СОЖ (водные растворы эмульсола, масло веретенное или сульфофрезол) Обработка чугунных колес ведется всухую.

Стойкость модульных фрез с модулемm < 8 принимается - при обработке стали Т = 180 мин, при обработке чугуна Т = 360 мин.

Износ дисковых модульных фрез имеет место главным образом по задним поверхностям. Допускаемый износ дисковой модульной фрезы при черновой обработке δ = (0,8 ÷ 1) мм, при чистовой обработке δ = (0,2 ÷ 0,3) мм.

Величина оптимальной скорости резания определяется по нормативам или рассчитывается по эмпирическим формулам. В среднем (в зависимости от материала режущей части и материала заготовки) она находится в пределах

v = 20 ÷ 30 м/мин.

Метод обката заключается в том, что зубья колеса нарезаются инструментом, имеющим форму зубчатой рейки или шестерни, как бы находящихся в зацеплении с нарезаемым колесом. При этом профиль зубьев инструмента отличается от формы впадин колеса, так как зубья инструмента, кроме движения резания, направленного вдоль зубьев колеса, совершают еще и обкатывающее (огибающее) движение.

Для обработки цилиндрических зубчатых колес методом обката используются червячные фрезы, зуборезные долбяки, зубострогальные гребенки и шеверы (для отделки зубьев).

Метод обката имеет в сравнении с методом копирования ряд важных преимуществ: процесс обкатки колеса идет непрерывно, и поэтому производительность этого метода выше; значительно выше точность обработки зубчатого колеса по профилю и шагу зубьев; червячной фрезой определенного модуля можно нарезать зубчатые колеса с любым числом зубьев.

Для нарезания цилиндрических зубчатых колес червячными фрезами методом обката фреза и заготовка должны иметь следующие движения (рис. 84): вращение фрезы I вокруг своей оси с выбранной скоростью резания (v_ф); вращение заготовки вокруг своей оси, согласованное со скоростью вращения фрезы (v_з). За время одного оборота фрезы заготовка должна повернуться на q/z оборота, где q - число заходов фрезы, z - число зубьев нарезаемой шестерни; поступательное движение фрезы параллельно оси заготовки с продольной подачей (S _пр).

Настройка станка на указанные движения производится при помощи соответствующих механизмов: коробки скоростей, коробки продольных подач и гитары деления.

При нарезании прямозубых колес ось червячной фрезы устанавливается по отношению к торцу заготовки под утлом, равным углу подъема витков фрезы, при нарезании косозубых колес фреза устанавливается и в зависимости от угла наклона зубьев колеса.

Червячная фреза представляет собой винт с прорезанными перпендикулярно к виткам канавками. В результате этого на червяке (винте) образуются режущие зубья, расположенные по винтовой линии. Профиль зуба фрезы в нормальном сечении имеет трапецеидальную форму и представляет собой зуб рейки с задним α и передним γ углами заточки (рис. 64). Задние углы α получают затылованием режущих зубьев на токарно-затыловочном станке.

Червячные фрезы изготавливают однозаходными и многозаходными. Количество заходов определяется количеством одновременно нарезаемых винтовых линий на червяке. Чем больше число заходов, тем выше производительность фрезы, но точность её работы при этом немного снижается. Поэтому для сохранения точности при чистовом нарезании надо применять однозаходные червячные фрезы.

Износ червячных фрез происходит в основном по задней поверхности зубьев и по их уголкам. Допустимый износ при черновом нарезании чугунных колес δ =0,6 ÷ 0,8 мм, а при нарезании стальных колес - δ = 1 ÷ 1,5мм. При чистовом нарезании допустимый износ не должен превышать δ =0,2 ÷ 0,4 мм. Стойкость червячных фрез колеблется в широких пределах от 120 до 860 минут и выбирается из нормативных таблиц.

Установление оптимального режима резания при нарезании зубьев червячной фрезой производится в следующей последовательности.

1. В зависимости от модуля и требований к качеству обработки определяется количество проходов, Цилиндрические колеса с модулем т < 2 и конические колеса с модулем т < 3 нарезаются за один проход, колеса с большим модулем - за два и более проходов;

2. Устанавливается по нормативам возможно допустимая подача вдоль оси нарезаемого колеса S _пр, представляющая собой перемещение червячной фрезы за один оборот заготовки. Для черновых проходов в зависимости от модуля подачу S _пр (мм/об) принимают в пределах при m ≤2 S _пр = 0,8 ÷ 1,2, при m ≥ 3 S _пр = 4 ÷ 8. Для чистовых проходов: при m ≤ 2 S _пр = 0,8 ÷ 1,2; при т ≥ 3 S _пр = 1,2 мм/об. Найденное по нормативам значение подачи корректируется по паспорту станка.

3. Определяется скорость резания, допускаемая режущими свойствами инструмента и физико-механическими характеристиками обрабатываемого материала. Допустимая скорость резания определяется или по эмпирическим формулам, или по нормативам. Найденное значение скорости резания пересчитывается на число оборотов червячной фрезы, которое затем корректируется по паспорту станка. Затем определяется фактическая скорость резания. Число оборотов заготовки согласовывается с числом оборотов червячной фрезы - за один оборот фрезы заготовка должна повернуться на q/z своего оборота, где q - число заходов фрезы, z - число нарезаемых зубьев на колесе.

4. По нормативам определяется мощность, потребная на резание N_p с выбранными режимными параметрами t, S _пр , и v_факт. Потребная мощность сравнивается с эффективной мощностью станка. При этом должно соблюдаться следующее условие

N_p ≤ N_эф = N_эд · η

где N_эд – мощность электродвигателя,

η – к.п.д. станка

5. Определяется основное технологическое время по формуле

, (мин),

где L – путь фрезы в направлении подачи, мм.

Путь фрезы для прямозубых цилиндрических колес

L=b + b₁+ b₂, (мм),

где b – ширина зубчатого венца, мм;

b₁ - величина бокового врезания, мм;

b₂ - величина перебега, b₂ = 2 ÷ 3 мм;

,

где t - глубина резания, при однопроходном резании t = 2,25m, мм;

D – диаметр червячной фрезы,мм;

α - угол наклона оси фрезы относительно торцовой плоскости нарезаемого колеса;

z - число зубьев нарезаемого колеса;

п - число оборотов заготовки в минуту;

S_пр- подача на один оборот заготовки;

q - число заходов фрезы;

i - число проходов.

Зубодолбление выполняется зуборезными долбяками. Долбяк (рис. 85) представляет собой зубчатое колесо, зубья которого имеют эвольвентный профиль с задним α и передним У углами заточки. Различают два типа долбяков: прямозубые для нарезания цилиндрических колес с прямыми зубьями и косозубые для нарезания цилиндрических колес с косыми зубьями. Нарезание цилиндрических колес с прямыми Зубьями происходит по следующей схеме (рис. 86). Главным движением, определяющим скорость резания, является возвратно-поступательное движение долбяка. Движение долбяка вниз является рабочим ходом (v_p), движение его вверх - холостым ходом (v_x). Оба движения - рабочее и холостое составляют двойной ход долбяка. Скорость резания при зубодолблении

(м/мин),

где L - длина хода долбяка,мм;

n - число двойных ходов долбяка в минуту.

Долбяк и заготовка, находясь в зацеплении, вращаются со скоростью, обратно пропорциональной числу их зубьев

Вращение долбяка (круговая подача долбяка S_кр.д и вращение заготовки (круговая подача заголовки S_кр.з) являются движением обката. Круговая подача выражается длиной дуги делительной окружности долбяка, на которую он поворачивается за один двойной ход (мм/дв. ход). Поперечным перемещением долбяку сообщают радиальную подачу - движение врезания долбяка в заготовку S_р (мм/об.заг) Радиальная подача сообщается до достижения полной глубины впадины между зубьями. Для устранения трения зубьев долбяка о заготовку во время холостого хода заготовка отводится от долбяка, а в начале рабочего хода подводится к долбяку (на схеме - движение ΔS = 1 ÷ 2 мм).

ПРОЦЕСС ШЛИФОВАНИЯ

Шлифование - метод отделочной обработки деталей, обеспечивающий высокую точность (б - 7 квалитет) и низкую шероховатость поверхности

R_a = 0,08 - 0,16 ( 11 – 10).

Назначение шлифования - доведение изделий до заданной формы, размеров и шероховатости поверхности; отделка поверхностей под защитные и декоративные покрытия; обдирка литья, поковок и проката;

заточка режущего инструмента; разрезание минералов и т.д.

Удельный вес шлифования в общем балансе механической обработки за последние годы заметно возрос и будет продолжать возрастать, т.к. научно-технический прогресс во всех отраслях машиностроения неразрывно связан с ужесточением требований к точности изготавливаемых деталей и шероховатости поверхности. Трудоемкость шлифовальных работ составляет примерно 25 процентов от общей трудоемкости изготовления изделия.

Процесс шлифования представляет собой процесс резания металлов при помощи зерен абразивных материалов. Признаком, позволяющим квалифицировать шлифование как один из способов обработки резанием, является образование стружки, срезаемой в процессе обработки. Абразивные зерна, обладающие высокой твердостью (2200 — 3100 кг/мм²), теплоустойчивостью и имеющие острые кромки, соединены специальными связывающими материалами в абразивные инструменты, имеющие форму кругов различного профиля, сегментов, головок и брусков. Абразивные материалы употребляются также при отделке деталей в виде паст, порошков и шлифовальных шкурок на тканевой или бумажной основе.

В отличие от ранее рассмотренных инструментов, лезвия которых имеют определенную чертежом форму и размеры, шлифовальные круги и т.п. режут абразивными зернами, имеющими случайную форму и хаотичное взаимное расположение. В резании участвует одновременно большое число абразивных зерен, лезвия которых, каждое имея малые размеры, образуют режущую поверхность.

Особенностью шлифования является срезание каждым абразивным зерном как режущим зубом небольшого слоя металла в виде мелкой стружки, в результате чего на поверхности детали остается царапина ограниченной длины и весьма малой площади поперечного сечения. Обработанная шлифованием поверхность детали образована совокупностью множества царапин - следов резания всех абразивных зерен, расположенных на режущей поверхности шлифовального круга.

Процесс стружкообразования при шлифовании больше всего напоминает процесс фрезерования. Но при шлифовании абразивные зерна, лежащие на режущей поверхности шлифовального круга, имеют очень большую скорость от 30 до 75 м/сек, и в минуту с поверхности заготовки они срезают стружек до сотни миллионов.

В процессе шлифования имеют место все обычные явления при резании металлов: упругие и пластические деформации, тепловыделение, упрочнение обработанной поверхности, износ инструмента и т.п.

Снимаемая стружка имеет такое же строение и вид, что и стружка, получаемая при других видах обработки металлов резанием, только меньших геометрических размеров, а также, вследствие возникновения высокой температуры в зоне резания, часть стружки расплавляется. Внешним проявлением этого является сноп искр, вылетающих из-под круга в процессе шлифования. Высокая температура в зоне резания, достигающая 1500° С, возникает вследствие большой скорости резания и наличия у многих зерен отрицательных передних углов. Поэтому, чтобы избежать прижогов металла, при шлифовании стальных деталей обязательно применяют смазывающе-охлаждающие жидкости, (водные растворы кальцинированной соды, водные растворы тринатрийфосфата, эмульсии). Визуальным признаком прижога являются цвета побежалости на шлифуемой поверхности. Они возникают при нагреве поверхности до температур. 250° - 300° С, при которых в поверхностных слоях могут произойти структурные изменения и образование трещин.Шлифование чугуна, меди, бронзы, алюминия и его сплавов возможно в сухую, но иногда используют и эмульсию для охлаждения.

По сравнению с другими методами обработки резанием процесс шлифования является более сложным из-за прерывистого и неравномерного расположения на круге абразивных зерен, разнообразной формы их режущих кромок, весьма короткого времени срезания каждым зерном стружки и других условий резания. Среди отличительных свойств шлифования следует упомянуть также свойство абразивных кругов к засаливанию (забивание пор между абразивными зернами срезаемой стружкой). Засаленный круг теряет режущие свойства, и поверхность заготовки, контактирует не с зернами абразива, а со стружкой, находящейся в порах шлифовального круга. Засаленность абразивного инструмента вызывает повышение затрат энергии, выделение большого количества теплоты и повышение температуры не режущей поверхности круга и обрабатываемой поверхности. Это, в свою очередь, может приверти к браку детали в виде прижогов. Следующим отличительным свойством абразивных кругов является их способность к самозатачиванию, которое заключается в том, что затупившиеся зерна под воздействием повышения на них нагрузки выкрашиваются из связки шлифовального круга, обнажая тем самым новые, более глубоко лежащие зерна, которые и продолжают процесс резания обрабатываемого металла. Но по мере изнашивания режущие поверхности постепенно изменяют форму и размеры. При этом более интенсивно изнашиваются места угловых переходов и выступов, где абразивные зерна менее прочно скреплены связкой. Это может привести к возникновению на обрабатываемых деталях погрешностей формы и размеров. Поэтому для возвращения шлифовальным кругам режущей способности после засаливания или износа режущих поверхностей необходимо производить их правку, обеспечивающую удаление изношенных зерен, засаленной поверхности и восстановление заданной формы режущей поверхности круга.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: