Цилиндрические зубчатые колеса

Типы цилиндрических зубчатых колес. По форме зуба цилиндрические колеса разделяют на прямозубые, косозубые и шевронные (рис. 197).

Методы получения заготовок. Поперечно-клиновая прокатка круглыми валиками или плоскими плашками (рис. 198, а) по сравнению с объемной штамповкой на молотах и прессах обеспечивает экономию металла на 10—15%. Припуск на механическую обработку умень­шается с 2,0—2,5 мм до 1,0—1,5 мм. Произво­дительность прокатных станов ВНИИМЕТМАШа составляет 360-900 шт/ч.

Горячая объемная штамповка осущест­вляется на многопозиционных автоматах про­изводительностью 70—180 шт/мин. Заготовки не имеют облоя; припуск (на диаметр) под ме­ханическую обработку 1,0- 1,5 мм. На автома­тах можно изготовлять заготовки зубчатых колес диаметром до 170 мм из штанги диаме­тром 90 мм. Заготовки зубчатого колеса диа­метром 67 мм и высотой 40 мм высаживаются за пять переходов из горячекатаного прутка с производительностью 70 шт/мин. Отход ме­талла в стружку — около 6 %. Этот метод при­годен и для штамповки конических колес.

Метод горячего накатывания зубьев цилин­дрических зубчатых колес разработан ЗИЛом совместно с ВНИИМЕТМАШем взамен чер­нового нарезания зубьев колеса (z = 46; m_n = 6 мм; b = 70 мм; β = 16º7'). Поковку 4 (рис. 198,б), полученную на ковочном прессе, уста­навливают в зажимное приспособление, зажимают между стаканами 3 и включают индук­тор для нагрева поковки. Зубья накатывают за два последовательных этапа. Сначала гладки­ми роликами 2 калибруют штампованную по­ковку по внешнему диаметру и ширине зубча­того венца, затем заготовка перемещается в верхнее положение. После вторичного нагре­ва заготовки зубчатыми роликами 1 накаты­вают зубья. Время цикла накатки составляет 2,4 мин. Припуск на сторону зуба 1,5 мм. Го­рячее накатывание позволяет снизить расход металла на заготовку (~ 4 кг), высвободить рабочих, зуборезные станки, площадь и т. д.

Зубофрезерование является самой распро­страненной, но трудоемкой операцией для обеспечения высокого качества изготовления зубчатых колес. Основное время (мин) зубофрезерования прямозубых и косозубых цилин­дрических колес

,

где х — длина врезания фрезы, мм; z - число зубьев колеса; b — ширина зубчатого венца ко­леса (пакета), мм; с — перебег фрезы, мм; k — число заходов фрезы; n — частота враще­ния фрезы, об/мин; s₀ — осевая подача фрезы, мм/об; у — число одновременно обрабаты­ваемых колес.

Уменьшить время (повысить производи­тельность) фрезерования можно лишь увели­чив число заходов червячной фрезы, частоту вращения фрезы (скорости резания) и подачу. Если зубофрезерование является получистовой операцией перед шевингованием, то погрешно­сти зубчатого колеса после зубофрезерования не должны превышать более чем на 20—25% допустимые погрешности при шевинговании. Значительная погрешность при зубофрезеровании, снижает точность при чистовой обработ­ке, вызывает повышенный износ и поломку шеверов.

При работе на высоких режимах резания современные зубофрезерные станки для круп­носерийного и массового производства дол­жны иметь высокие статическую и динамическую жесткости [достигаемые вследствие большей массы (1,2—1,5 т на модуль), обребренных и толстых стенок станины, короткой кинематической цепи], большую мощность главного электродвигателя (1,8 — 2,5 кВт на модуль), длинные и широкие направляющие, гидростатические подшипники, большое осе­вое перемещение фрезы (160-200 мм), обиль­ное охлаждение (200—400 л/мин), возможность автоматизации. Станки должны быть удобны­ми в обслуживании и наладке, иметь хорошие условия отвода теплоты, выделяющейся в про­цессе резания. У новых станков, кроме контро­ля норм геометрической точности и точности обрабатываемой детали, контролируют синх­ронность вращения шпинделей инструмента и детали. Зубчатые колеса обрабатывают на скорости резания 50—80 м/мин и подаче 3—6 мм/об с обеспечением 6—7-й степени точно­сти.

Зубья цилиндрических колес нарезают дву­мя методами: копирования и обкатки. На­ибольшее распространение в промышленности получил метод обкатки червячной фрезой, ко­торый обеспечивает высокие производитель­ность и качество.

Фрезерование с осевой подачей применяют для нарезания цилиндрических колес с прямы­ми и косыми зубьями, шлицевых валов и т. д. Червячная фреза перемещается параллельно оси обрабатываемого колеса. Недостатком этого метода обработки является большая длина врезания червячной фрезы (рис. 199, а). При нарезании колес с прямыми зубьями длина врезания

;

при фрезеровании колес с косыми зубьями вместо D_e применяют

D_e' ≈ D_e (1 – tg²β + d_aetg²β),

где D_e – внешний диаметр червячной фрезы, мм; h — высота зуба колеса, мм; β — угол на­клона линии зубьев колеса; d_ae — внешний диа­метр вершин зубьев колеса.

Длину и время на врезание можно сокра­тить уменьшением диаметра червячной фрезы, одновременной обработкой двух и большего числа заготовок, применением радиальной подачи, фрез с заборным конусом, фрезерова­нием с бесступенчатой регулируемой подачей (при увеличении подачи при врезании и выхо­де фрезы из заготовки). Перебег фрезы для прямозубых колес С = 2 ÷ 3 мм; для косозубых его выбирают по табл. 22.

При фрезеровании с радиально-осевой по­дачей червячная фреза в начале резания и до получения полной высоты зуба перемещается радиально. Затем радиальная подача прекра­щается, и включается осевая. Этот метод осу­ществляют на специальных зубофрезерных станках стандартными фрезами. При радиаль­ной подаче резко возрастает нагрузка на зубья червячной фрезы, а следовательно, износ зубь­ев, поэтому радиальную подачу sp выбирают меньше осевой s₀ [s_p = (0,3 ÷ 0,5) s₀]. Метод с радиально-осевой подачей экономичен при фрезеровании зубчатых колес с большим углом наклона зубьев и при работе червячны­ми фрезами большого диаметра. В обычных условиях обработки применяют фрезерование с осевой подачей.

Фрезерование с диагональной подачей осу­ществляют на специальных станках. Червяч­ная фреза перемещается под углом к оси обра­батываемого колеса. Этот метод применяют в крупносерийном и массовом производстве для обработки колес с широкими зубчатыми венцами, пакета колес и колес с повышенной твердостью, когда необходимо иметь большой период стойкости фрез в процессе резания. При диагональной подаче по сравнению с осе­вой улучшается сопрягаемость профилей зубь­ев (линии резов расположены не вдоль зуба, а под углом) прямозубых колес при обкатке; поэтому этот метод целесообразно применять и для колес, у которых в дальнейшем зубья не подвергаются чистовой обработке, например для зубчатых колес насосов. При диагональ­ном зубофрезеровании экономично применять длинные и точные фрезы.

При зубофрезеровании за два рабочих хода (перехода) (рис. 199,б) первый 1 и второй 2 ходы осуществляют червячной фрезой 4 по­следовательно за один установ заготовки 3. Глубина резания при втором рабочем ходе со­ставляет 0,5 - 1,0 мм. Первый рабочий ход осу­ществляют при попутной подаче, второй при встречной. В результате малого припуска при втором ходе скорость резания и осевая подача выше, чем при первом. Этот метод применяют для колес с модулем свыше 4—5 мм. Кроме повышения производительности при этом ме­тоде достигается высокая стабильная точность параметров зубьев, особенно по направлению зуба, создаются благоприятные условия для автоматизации станка, увеличивается произво­дительность и период стойкости инструмента на операции зубошевингования.

При встречном зубофрезеровании стружка имеет форму запятой; в начале обработки ее толщина минимальная, а в конце — макси­мальная. В начале резания режущие кромки, особенно когда они затуплены, не могут сразу вступить в резание, а скользят по поверхности, уплотняют ее и подвергаются повышенному изнашиванию. Условия резания затруднены. При попутном зубофрезеровании, наоборот, в начале резания толщина стружки макси­мальная, а в конце — минимальная. В начале резания режущие кромки свободно врезаются в металл, в результате чего создаются благо­приятные условия резания. Период стойкости инструмента повышается на 10—30%, дости­гается хорошее качество поверхности зубьев и образуется меньше заусенцев на торцах при выходе фрезы. При попутном фрезеровании вследствие более благоприятных условий реза­ния, повышая скорость резания и подачу, мож­но обработать то же самое число зубчатых ко­лес при том же примерно износе, но за более короткое время.

Автоматическое перемещение фрезы вдоль оси является одним из методов значительного повышения ее режущих свойств. В процессе резания зубья 3 червячной фрезы 2 (рис. 200) нагружены неодинаково, а следовательно и из­нашиваются неравномерно. Зубья, находящие­ся на стороне входа фрезы, изнашиваются (на­гружены) больше, чем на стороне выхода. Чтобы, по возможности, зубья изнашивались равномерно по всей длине, фрезу необходимо периодически перемещать вдоль ее оси после обработки одного зубчатого колеса или паке­та колес. Направление периодического переме­щения фрезы должно осуществляться против направления вращения обрабатываемого коле­са 1; тогда острые зубья будут вступать в ре­зание, а затупленные выходить из резания. Пе­риодическое перемещение для фрез со стружечными канавками, расположенными параллельно оси,

.

Для фрез, стружечные канавки которых распо­ложены перпендикулярно винтовой линии,

,

где m_n — нормальный модуль, мм; γ₀ – угол подъема винтовой линии фрезы; i - число стружечных канавок фрезы.

Полученное расчетным путем перемещение Δt иногда приходится корректировать. Если износ зубьев фрезы будет мал, то перемеще­ние Δt следует уменьшить; если износ боль­шой, то Δt увеличивают до получения допу­стимого износа зубьев фрезы. Первоначальное положение фрезы на стороне входа — расстоя­ние от торца рейки до оси колеса

.

Конечное положение фрезы на стороне выхода

Общая длина осевого перемещения фрезы

b₁ = b₂ – (l₁ + l₂).

Число деталей, обработанных за полный срок службы фрез,

.

Здесь h' — высота головки зуба фрезы, мм; α — угол профиля; b₂ — длина рейки фрезы, мм; q — число деталей в пакете, обрабаты­ваемых одновременно; М — число возможных переточек фрезы.

При автоматическом перемещении особен­но эффективно применять длинные и точные фрезы.

Выбор скорости резания и подачи зависит от многих факторов: модуля, материала заго­товки и фрезы, конструкции, жесткости фрезы и станка, вида обработки и т. д. С увеличе­нием скорости резания инструмент изнаши­вается больше, чем при повышении подачи. Обычно при выборе скорости резания руководствуются желаемой стойкостью инструмен­та, а при выборе подачи — точностью обра­ботки и параметром шероховатости поверхно­сти. Скорость резания (м/мин)

.

Для углеродистых сталей обрабатывае­мость улучшается с повышением содержания углерода примерно до 0,20-0,25% и ухуд­шается при дальнейшем возрастании. С увели­чением углерода повышается твердость стали, а следовательно и износ инструмента. Леги­рующие элементы при одинаковом содержа­нии углерода также ухудшают обрабатывае­мость. Обрабатываемость снижается при пределе прочности на растяжение свыше 784 МПа. Зубчатые колеса из цементуемых ста­лей с пределом прочности на растяжение 588-784 МПа и твердостью НВ 160-200 обрабатывают фрезами из быстрорежущей стали Р9К10 на скорости резания 50—80 м/мин и подаче 3-6 мм/об. Например, зубча­тое колесо (z = 24; m_n = 4,5 мм; b = 30 мм; β = 19°30') обрабатывают за два рабочих хода на скоростях резания v₁ = 59 м/мин; v₂=79 м/мин и подачах s₁ = 3,5 мм/об; s₂ = 5 мм/об.

С повышением подачи снижается точность и увеличивается параметр шероховатости по­верхности. При обкатке прямозубых цилин­дрических колес из стали и чугуна однозаходными фрезами рекомендуются следующие подачи: s = 0,8 ÷ 2,0 мм /об при чистовом зубофрезеровании; s = 3 ÷ 6 мм/об при фрезерова­нии под шевингование; s = 3÷8 мм/об при фрезеровании под шлифование. Косозубые ко­леса обрабатывают с осевой подачей s₀ = scosβ. При зубофрезеровании многозаходными червячными фрезами возникают высокие удельные нагрузки на режущие кромки зубьев фрезы, поэтому подачи уменьшают: для двухзаходных фрез подача ~0,7s, для трехзаходных фрез подача ~0,5s. При выборе подачи под шевингование необходимо учиты­вать точность гю направлению зуба и наличие гребешков (грубой поверхности) на боковой поверхности зубьев колеса, которые создают благоприятные условия резания в процессе шевингования.

Зубодолбление. При долблении зубьев ме­тодом обкатки круглыми долбяками повы­шается производительность и точность обра­ботки. Современные зубодолбежные станки имеют жесткую конструкцию, гидростатиче­ские подшипники и направляющие, работают с частотой ходов 2500 в минуту, удобны в ра­боте и для автоматизации. Электронное устройство позволяет точно останавливать станок в конце цикла и исключать уменьшение толщины последнего зуба. Метод обкатки круглыми долбяками более универсален, чем зубофрезерование червячными фрезами. Его применяют для нарезания зубчатых колес внешнего и внутреннего зацепления с прямы­ми и косыми зубьями бочкообразной и кони­ческой формы. Колеса некоторых типов — блочные зубчатые колеса с близко располо­женными венцами, зубчатые рейки, шевронные колеса, копиры сложной формы и т. д. могут быть нарезаны только долбиками. При зубодолблении долбяками достигается более высо­кая точность профиля зуба и меньший пара­метр шероховатости поверхности. Колеса с малой шириной зубчатого венца более эко­номично обрабатывать зубодолблением, а не зубофрезерованием. В крупносерийном и мас­совом производстве Целесообразно применять зубофрезерование червячными фрезами; про­изводительность и точность обработки выше, чем при зубодолблении. Точность изготовле­ния зубчатых колес круглыми долбяками: класса АА — 6-я степень, класса А — 7-я сте­пень и класса В — 8-я степень (ГОСТ 1643-81).

Нарезание косозубых колес отличается от нарезания прямозубых колес тем, что по мере возвратно-поступательного движения долбяк получает дополнительный поворот от спе­циального копира с винтовыми направляющи­ми (при обработке прямозубых колес напра­вляющие копира прямолинейные). Для нареза­ния косозубых колес внешнего зацепления долбяк должен быть также косозубым с тем же углом наклона, но с противоположным на­правлением. Колеса с правым направлением зубьев нарезают левым долбяком, а колеса с левым направлением — правым долбяком. При обкатке долбяк и заготовка вращаются в разных направлениях. Для сопряженной зуб­чатой передачи необходимо иметь два ком­плекта направляющих: один для колеса с правым наклоном зуба, другой для колеса с левым наклоном. Направление винтовых направляющих совпадает с направлением зубьев долбяка, а угол наклона — как у зубьев наре­заемого колеса. Шаг Н (ход) направляющих копира равен шагу винтовой линии долбяка, который зависит от угла наклона линии зуба долбяка и его диаметра делительной окружно­сти. Отношение шага Н направляющих копи­ра к шагу Р винтовой линии зубьев нарезаемого колеса должно быть равно отношению числа зубьев z_д долбяка к числу зубьев z наре­заемого колеса. Угол наклона пути, проходи­мого зубьями долбяка, зависит от двух факто­ров: делительного диаметра долбяка и шага направляющих копира. Когда используется имеющаяся направляющая, чтобы обеспечить целое число зубьев долбяка меняют угол на­клона зубьев β обрабатываемого колеса.

.

Нарезание колес внутреннего зацепления осуществляют круглыми долбяками. При про­ектировании зубчатой передачи внутреннего зацепления и выборе инструмента необходимо учитывать некоторые моменты, вызывающие трудности при зубодолблении и сборке. При радиальном перемещении долбяк не должен срезать уголки вершин зубьев колеса; галтель, образованная долбяком, не должна вызывать интерференцию и т. д. Число зубьев долбяка должно быть равно или несколько меньше числа зубьев колеса. Долбяк с десятью зубья­ми считается практически наименьшим. Стан­дартные долбяки не всегда пригодны для вну­треннего долбления. При нарезании косозубых колес внутреннего зацепления направления угла наклона линии зуба колеса и долбяка со­впадают. Долбяк и заготовка вращаются в одном направлении.

Нарезание шевронных зубчатых колес осу­ществляют на горизонтальных станках двумя спаренными косозубыми долбяками (рис. 201, а) с правым и левым наклоном зуба. Дол­бяки работают попеременно. Если один из них производит обработку до середины ширины зубчатого венца, другой в это время перемещается обратно и наоборот, образуя таким образом шевронный зуб. Долбяки для ше­вронных колес изготовляют комплектно — один правый и один левый для обработки обеих половин шевронного колеса. После за­тачивания диаметры долбяков в комплекте должны быть одинаковыми. Долбяки со спе­циальной заточкой могут нарезать зубья шев­ронного колеса без разделительной канавки. На горизонтальных зубодолбежных станках последних моделей можно одновременно обрабатывать два колеса, расположенных на одном валу и имеющих различный модуль, диаметры и угол наклона зуба и т. д. Например, в автомобильной промышленности при обработке муфт синхронизатора комплект из четырех инструментов одновременно выпол­няет четыре операции, обеспечивая при этом высокую концентричность зубьев относитель­но оси вала.

Длина хода долбяка зависит от ширины зубчатого венца b и перебега долбяка l₁ (рис. 201,б): L=b + 2l₁.

При обработке открытых венцов перебеги долбяка выше и ниже торца практически равны между собой (2l₁=0,14b, но не менее 5 мм). Ширины l₂ и l₃ канавок для выхода долбяка в закрытых венцах небходимо учиты­вать при проектировании зубчатого колеса. Ширина l₂ должна быть достаточной для вы­хода долбяка и стружки (рис. 201,в). У косо­зубых колес ширина l₃ канавки (рис. 201, г) для выхода долбяка должна быть такой, чтобы между режущей кромкой долбяка и торцом был достаточный зазор.

Число переходов (рабочих ходов) при зубо­долблении определяют в зависимости от мо­дуля, материала заготовки и требуемого каче­ства. Зубчатые колеса нарезают за несколько переходов: с модулем 2-3 мм — за один чер­новой и один чистовой, с модулем 3 — 6 мм — за два черновых и один чистовой, с мо­дулем 6-12 мм - за три черновых и два чи­стовых. Обработка за несколько переходов является наиболее эффективной. При многопе­реходной обработке полная глубина зуба де­лится на число переходов; глубина резания по­степенно уменьшается (при последнем перехо­де она равна примерно 0,25 мм).

Одновременное нарезание всех зубьев рез­цовыми головками осуществляется на спе­циальных зубодолбежных станках для обра­ботки прямозубых цилиндрических колес внешнего и внутреннего зацепления, шлицев, зубчатых муфт и копиров сложной формы ме­тодом копирования. Затылованные резцы в го­ловке расположены радиально; их число равно числу зубьев нарезаемого колеса. Профиль ре­жущей кромки резцов соответствует форме впадины зуба колеса. Время обработки зубча­того венца муфты автомобиля (z = 24; m_n = 5 мм; b = 11 мм) составляет 21с.

Режимы резания при зубодолблении выби­рают в зависимости от модуля, свойств мате­риала заготовки, требуемой точности и т. д. В табл. 23 приведены круговые подачи и ско­рости резания при зубодолблении. При двух-переходной обработке табличные значения ис­пользуют для первого перехода; при втором (чистовом) переходе они могут быть увели­чены или уменьшены в зависимости от требуе­мого качества колес. Скорость резания при чистовом переходе увеличивают примерно на 50%.

Радиальные подачи при зубодолблении в зависимости от твердости следующие:

Максимальная скорость резания, соответ­ствующая примерно середине длимы хода дол­бяка, и средняя скорость резания соответ­ственно

,

где n – частота движения долбяка, дв. ход/мин.

При обработке косозубых колес скорость резания зависит от угла наклона линии зуба колеса β:

.

Зубозакругление на торцах зубьев приме­няют для облегчения входа в зацепление и по­вышения срока службы переключаемых на хо­ду зубчатых колес и муфт. Фасонную пальце­вую фрезу обычно применяют для получения радиусного закругления (рис. 202, а) у прямо­зубых цилиндрических колес внешнего и внутреннего зацеплений. Метод обладает боль­шой универсальностью, обеспечивает разно­образную форму закругления и хорошее каче­ство обработки, но производительность станка и стойкость инструмента низкие. Этот метод широко используют в единичном и серийном производстве; в массовом производстве его применяют, когда другие методы и инстру­мент не могут быть использованы. Для повы­шения производительности этого метода раз­работан двухшпиндельный станок. Две распо­ложенные друг против друга инструмен­тальные головки закругляют два зуба одно­временно, благодаря чему производительность станка повышается на 100%. Обрабатываемое колесо непрерывно вращается и одновременно совершает возвратно-поступательное движение с частотой 10—70 дв. ход/мин вдоль оси от копира, профиль которого определяет фор­му закругления зуба.

Более эффективным методом закругления зубьев муфт и прямозубых цилиндрических колес с внешним и внутренним зацеплениями, с укороченной и нормальной высотами зубьев является метод единичного деления фасонны­ми чашечными фрезами. Метод имеет высо­кую производительность, а чашечные фрезы обладают большей стойкостью, чем паль­цевые. Чашечные фрезы режут металл вну­тренними режущими кромками. Фрезы с кри­волинейными режущими кромками при закру­глении зубьев с укороченной высотой последо­вательно обрабатывают правую и левую стороны одною зуба и обеспечивают сферои­дальное зацепление (рис. 202,б). При закругле­нии зубчатых колес с нормальной высотой зубьев криволинейные режущие кромки фрезы последовательно обрабатывают правую и ле­вую стороны двух рядом стоящих зубьев. Ча­шечные фрезы с прямолинейными режущими кромками обеспечивают остроугольное закругление типа «крыши домика». Остроугольное закругление (рис. 202, в) используют для колес и муфт легковых автомобилей, обеспечиваю­щих более легкий вход в зацепление Закругле­ние с ленточкой шириной 0,5 — 2 мм на торце зуба (рис. 202, г) применяют для нагруженных зубчатых передач, например, грузовых автомо­билей; срок их службы выше, чем остро­угольных. Для повышения производительно­сти   метода создан специальный станок с двумя синхронно вращающимися голов­ками 2 и 3 (рис. 202, д) для одновремен­ного закругления зубьев на обоих торцах зуб­чатого колеса 1. Производительность станка повышается на 100%. Шпиндель изделия уста­новлен вертикально: инструментальные шпин­дели расположены под углом к оси обрабаты­ваемого колеса. В процессе обработки вра­щающаяся чашечная фреза совершает возврат­но-поступательное движение вдоль своей оси с частотой 30—250 дв. ход/мин. После обра­ботки двух зубьев (на верхнем и нижнем тор­цах) зубчатое колесо поворачивается на один шаг для обработки следующих зубьев. На станке предусмотрено снятие фасок с торцов зубьев как цилиндрических, так и конических колес. Операция зубозакругления в технологи­ческом маршруте следует после зубофрезерования перед зубошевингованием. Для облегче­ния зубозакругления на торцах зубьев необхо­димо делать фаску под закругление с углом 10—15º и шириной в два модуля.

В процессе зубонарезания на торцах зубьев зубчатых колес образуются острые кромки и заусенцы, которые ухудшают качество заце­пления, снижают срок службы колес в резуль­тате скола острых кромок зубьев и т. д. По­этому у зубчатых колес после зубофрезерования и зубодолбления необходимо снимать фаски и удалять заусенцы. У косозубых цилин­дрических и конических колес с криволинейны­ми зубьями фаски обычно снимают с одной стороны, имеющей острую кромку. У прямо­зубых цилиндрических колес фаску снимают по всему контуру параллельно профилю зуба (рис 203, а). Лучшей является фаска в форме запятой (рис. 203,б): ширина фаски уменьшает­ся в направлении дна впадины зуба, Угол фа­ски на боковой поверхности зуба находится в пределах 30 — 35º. У колес с модулем до 4 мм ширина фаски должна быть менее 0,8 мм. Для снятия фасок и удаления заусенцев применяют различные методы: электрохими­ческий, тепловой, резания (фрезерование, стро­гание, шлифование). Методы резания по каче­ству обработки и форме фаски вполне отве­чают предъявляемым требованиям. Станки для зубозакругления пальцевой и чашечной фрезами позволяют также снимать фаски лю­бой формы.

В условиях массового производства чаще применяют метод обработки с непрерывным делением двумя одновитковыми многозубыми фрезами (станок 1645). Верхняя фреза снимает фаску на верхнем торце зуба, а нижняя — па нижнем. Фрезы имеют различные осевые ша­ги. Если в процессе резания зуб колеса уходит от зуба инструмента, то осевой шаг зубьев та­кой фрезы больше торцового шага колеса на снимаемый припуск. Если зуб колеса набегает на инструмент, то осевой шаг фрезы будет меньше торцового шага обрабатываемого ко­леса на припуск. Каждый зуб одновитковой фрезы снимает стружку в определенной зоне профиля зуба колеса. За один оборот фрезы обрабатывают фаску на одном зубе. Способ пригоден для снятия фасок с острых кромок зубьев косозубых цилиндрических и кониче­ских колес с криволинейными зубьями, а так­же с обоих профилей зубьев прямозубых ко­лес. Время обработки колеса при z = 43 и m_n = 3,5 мм составляет 13 с.

Для снятия фасок и удаления заусенцев с торцов одновенцовых и блочных зубчатых колес внешнего зацепления созданы высоко­производительные автоматы, которые могут быть использованы и в автоматических ли­ниях. Инструмент для одновременного снятия фаски и заусенцев с обоих торцов зубчатого венца 2 (рис. 203, в) состоит из центрального ведущего колеса 3 и боковых колес 1 и 4, прикрепленных к ведущему колесу. Все три зуб­чатых колеса соединены в единый блок. Во время обработки боковые колеса 1 и 4 про­изводят резание, а ведущее колесо 3 обеспечи­вает снятие равномерной фаски. Ширина зуб­чатого венца ведущего колеса 3 меньше ширины венца обрабатываемого колеса на двойную заданную ширину фаски (рис. 203, г). Торцовые поверхности зубьев и скосы на них, выполненные под углом снимаемой фаски, образуют режущие кромки. При радиальной подаче боковые поверхности зубьев режущих колес входят в беззазорное зацепление с обра­батываемым колесом. Во время обкатывания каждая режущая поверхность срезает тонкую стружку с торцовой поверхности зуба обра­батываемого колеса. Инструмент рассчитывают для определенных зубчатого колеса и фаски. Образованные в процессе резания на торцах зубчатого колеса заусенцы срезают двумя подпружиненными резцами, установ­ленными с противоположной стороны инстру­мента для снятия фасок. После установки и за­крепления обрабатываемого колеса инстру­мент вводится в зацепление. При полном зацеплении инструмент начинает быстро вра­щаться и снимать фаски, после чего подводят­ся резцы для удаления заусенцев, образо­ванных на торцах обрабатываемою колеса. Основное время на обработку цилиндрических колес автомобилей в зависимости от модуля и числа зубьев составляет 5 — 15 с. Штучное время на станке с автоматическим циклом ра­боты 10—20 с. Стойкость инструмента (в зави­симости от фаски и материала) между пере­точками составляет 40000 — 70000 деталей; число переточек 4—8.

Зубошевингование дисковым шевером является наиболее распространенным и эконо­мичным методом чистовой обработки зубьев незакаленных (с твердостью до HRC 33) пря­мозубых и косозубых цилиндрических колес с внешним и внутренним зацеплением после зубофрезерования или зубодолбления. Шевин­гование применяют для повышения точности зубчатого зацепления, уменьшения параметра шероховатости поверхности на профилях зубь­ев, снижения уровня шума и т. д. Шевингова­нием можно повысить точность на одну-две степени. Точность шевингованных зубчатых колес достигает 6 —8-й степени, параметр ше­роховатости поверхности Ra = 0,8 ÷ 2,0 мкм. Точность зубчатых колес в процессе шевинго­вания зависит главным образом от их точно­сти после зубофрезерования или зубодолбле­ния и коэффициента перекрытия шевера с обрабатываемым колесом, который должен быть не менее 1,6. При шевинговании можно проводить продольную и профильную моди­фикацию зуба. При образовании продольной бочкообразности исключается опасность кон­центрации нагрузки на концах зубьев. Модификация эвольвентного профиля зубьев позво­ляет уменьшить уровень шума и повысить срок службы зубчатой передачи. Модифика­цию формы зуба проводят также для компен­сации деформации в процессе термической обработки.

Методы шевингования (параллельное, диа­гональное, тангенциальное, врезное и их раз­новидности) различаются направлением по­дачи, конструкцией шевера и временем обра­ботки. В процессе шевингования шевер и обрабатываемое колесо находятся в плот­ном зацеплении, а оси их расположены под углом скрещивания. На профилях зубьев шевера имеются мелкие зубцы, грани которых образуют режущие кромки. В результате при­жима шевера к обрабатываемому колесу с по­мощью подачи стола и относительного сколь­жения, возникающего при пересечении осей, режущие кромки зубцов шевера при переме­щении по поверхности зуба колеса внедряются в нее и снимают тонкую стружку с профиля зуба.

При параллельном шевинговании обра­батываемое колесо 1 (рис. 204, а) совершает возвратно-поступательное движение 3 парал­лельно своей оси и в конце каждого реверсив­ного движения перемещается вертикально (ступенчато) к шеверу. Несколько последних возвратно-поступательных ходов совершаются без радиальной подачи (калибрующие ходы). Длина пути возвратно-поступательного движения стола L=b + m, где b — ширина зубчатого венца колеса; m — модуль. Ширина шевера не зависит от ширины зубчатого венца; практиче­ски этим методом можно обрабатывать зуб­чатые колеса любой ширины. Использование шевера недостаточно эффективно, резание вы­полняет лишь среднее сечение длины зуба, по­этому в этой зоне шевер изнашивается бы­стрее, чем на краях. Параллельное шевингова­ние обычно применяют в мелкосерийном производстве, а при ширине зубчатого венца свыше 50 мм — в крупносерийном.

При диагональном шевинговании обра­батываемое колесо 1 совершает возвратно-по­ступательное движение 3 под углом ε к оси заготовки (рис. 204,б), благодаря чему длина L меньше ширины зубчатого венца колеса. Ширина b зубчатого венца больше ширины В шевера; угол γ скрещивания осей и угол ε диагонали находятся в следующей зависимо­сти:

,

где В_а = (0,75 ÷ 0,8)В - активная ширина ше­вера.

Угол диагонали 35 — 40° создает опти­мальные условия резания и качество обра­батываемой поверхности. При угле диагонали свыше 60° необходимо применять спе­циальный шевер со смещенными зубцами. Угол диагонали менее 25° не рекомендуется. Точка скрещивания осей в процессе резания перемещается по всей ширине шевера, что обеспечивает равномерное изнашивание и по­вышенную стойкость шевера по сравнению с шевером, применяемым при параллельном шевинговании. Другим преимуществом диаго­нального шевингования по сравнению с парал­лельным является сокращение длины подачи стола, что позволяет повысить производитель­ность станка до 50%. Длина подачи стола

,

Увеличение расчетного пути подачи стола на один модуль необходимо для врезания шеве­ра. Так как ширина шевера зависит от ши­рины зубчатого венца колеса, то диагональное шевингование экономически выгодно приме­нять для колес с шириной венца не более 50 мм. Диагональное шевингование широко применяют в серийном и массовом производ­ствах.

При тангенциальном (касательном) шевин­говании продольная подача отсутствует, имеется лишь подача 3 на глубину перпенди­кулярно оси колеса 1 (рис. 204, в). Ширина ше­вера 2 больше, чем ширина зубчатого венца колеса. Чтобы заменить продольную подачу при снятии стружки, режущие зубцы шевера смещают относительно торца шевера по вин­товой линии. Тангенциальное шевингование обычно выполняют за один двойной ход при постоянном межосевом расстоянии. Длина подачи стола L=b tgγ.

Тангенциальный метод шевингования бо­лее производителен, чем перечисленные ранее; параметр шероховатости поверхности не­сколько выше. Этот метод обычно применяют для шевингования узких зубчатых венцов и блочных колес с закрытыми венцами.

При врезном шевинговании подача вдоль оси колеса 1 отсутствует; шевер 2 перемещает­ся к заготовке радиально (рис. 204, г). Ширина шевера больше ширины зубчатого венца коле­са. Всю поверхность зуба колеса обрабаты­вают одновременно, для чего зубья шевера в продольном направлении имеют вогнутость. Режущие зубцы расположены по винтовой ли­нии. Этот метод применяют в массовом про­изводстве для шевингования зубчатых колес с шириной венца до 40 мм и модулем до 5 мм. Производительность в 2 — 4 раза выше, чем при диагональном шевинговании.

При шевинговании с черновой и чистовой подачами первые несколько ходов стола с по­мощью специального приспособления, устано­вленного на столе, совершаются при подаче, в 1,5—2 раза большей (черновая подача), чем на последующих ходах (чистовая подача). При черновой подаче частота вращения меньше, чем при чистовой. Вертикальная подача имеет наибольшее значение при первом ходе; затем ее постепенно уменьшают. Шевингование с черновой и чистовой подачами позволяет со­кратить время обработки на 25% и увеличить период стойкости шевера приблизительно на 25%. Этот вид обработки применяют при па­раллельном и диагональном шевинговании в массовом и единичном производстве. Наибольшая эффективность достигается после зубофрезерования с большими подачами (зубофрезерование за два рабочих хода) и при обработке зубчатых колес с широкими вен­цами.

Зубчатые колеса внутреннего зацепления шевингуют на специальных станках или на шевинговальных станках для колес с внешним зацеплением, имеющих приспособление для внутреннего шевингования. Колеса с шириной зубчатого венца свыше 20 мм обрабатывают методом параллельного шевингования. Цикл работы станка аналогичен циклу шевингова­ния колес с внешним зацеплением. Угол скре­щивания осей — около 3°. Зубья шевера имеют небольшую бочкообразность, чтобы избежать интерференции с зубьями обрабатываемого колеса. Зубчатые колеса, имеющие ширину венца менее 20 мм, или со ступицей, ограничи­вающей возвратно-поступательное движение, обрабатывают врезным шевингованием. Шевер шире зубчатого венца колеса. Режущие зубцы расположены по винтовой линии. В продольном направлении зубья шевера имеют вогнутость.

Угол скрещивания осей шевера и колеса определяется как сумма углов наклона линий зуба колеса и шевера при одинаковых их на­правлениях и как разность при различных на­правлениях. Для обработки сталей принимают оптимальный угол скрещивания γ = 10 ÷ 15°, а чугуна и пластмассы — до γ = 20°. При ше­винговании колес внутреннего зацепления угол скрещивания уменьшают до γ = 3°. С возра­станием угла скрещивания осей съем стружки увеличивается, но уменьшается зона контакта между зубьями шевера и обрабатываемого ко­леса, что снижает направляющее действие ше­вера и точность обработки. И, наоборот, при уменьшении угла скрещивания зона контакта и направляющее действие шевера увеличи­ваются, условия резания становятся хуже. При нулевом угле скрещивания резания практиче­ски не происходит.

Бочкообразная форма придается зубьям для предотвращения концентрации нагрузки на их концах. Выпуклость зависит от условий работы передачи и обычно составляет 0,0075—0,015 мм на одну сторону на 25 мм длины зуба. При параллельном и диагональ­ном шевинговании с утлом диагонали до 60º бочкообразная форма зуба выполняется на шевинговальном станке путем качания стола во время его возвратно-поступательного дви­жения. Качание стола вызывает более глубо­кое врезание зубьев шевера на концах зубьев колеса, чем в середине венца, постепенно уменьшая толщину зуба от середины к тор­цам. При диагональном с углом диагонали 60-90°, тангенциальном и врезном шевинго­вании бочкообразная форма зуба выполняется шевером, у которого зубья в продольном на­правлении имеют вогнутость.

При шевинговании рекомендуются следую­щие припуски по толщине зуба:

Чрезмерный припуск на шевингование сни­жает точность, стойкость инструмента и уве­личивает время шевингования. Когда зубофре-зерование производят на повышенных по­дачах, например, методом за два рабочих хода, припуск несколько увеличивают. Шевингование с уменьшенным припуском возможно при высокой точности обработки зубчатых ко­лес до шевингования и более строгом контро­ле качества. Число ходов стола зависит от требуемого качества обработки и определяет­ся как частное от деления значения припуска в радиальном направлении на радиальную подачу. Дополнительно осуществляют два — четыре калибрующих хода без радиальной подачи. Практически суммарное число ходов стола шесть — десять. При большем числе хо­дов стойкость шевера уменьшается. Припуск в радиальном направлении при измерении в плотном зацеплении с измерительным коле­сом

,

где Δh — припуск по толщине зуба; а — угол профиля зуба.

Окружную скорость резания шевера выби­рают в зависимости от обрабатываемого ма­териала, его твердости, требуемого параметра шероховатости поверхности зубьев и размеров колеса. Наибольшая стойкость шеверов из бы­строрежущей стали достигается при скорости резания v₀ = 120 м/мин. Частота вращения ше­вера (об/мин)

.

Частота вращения обрабатываемого колеса (об/мин)

,

где z_ш и z — соответственно число зубьев ше­вера и обрабатываемого колеса.

Продольная подача s_пр = 0,05 ÷ 0,5 мм/об. Хорошие результаты достигаются при s_пр = 0,25 мм/об. Минутная подача стола (мм/мин)

,

С увеличением продольной подачи параметр шероховатости поверхности повышается и точность зубьев снижается.

При параллельном и диагональном шевин­говании радиальная подача s_p = 0,02 ÷ 0,06 мм на ход стола. Для чистовой обработки при­нимают меньшие подачи, а для черновой — большие. Шевингование производят со встреч­ной и попутной подачами.  При обработке материала с хорошей обрабатываемостью це­лесообразно применять встречное шевингова­ние, которое осуществляется в направлении от обработанной поверхности к необработанной.

Зубья колес перед шевингованием следует обрабатывать модифицированными червячны­ми фрезами или долбяками. Утолщения — уси­ки на головке зуба инструмента служат для подрезки профиля в ножке зуба обрабатывае­мого колеса, с тем чтобы вершина зуба шеве­ра свободно повертывалась во впадине зуба. В ножке зуба инструмента делают фланкиро­ванный участок для снятия небольших фасок (0,3—0,6 мм) на головке зуба колеса. Это пре­пятствует образованию заусенцев в процессе шевингования и забоин на вершине зуба при транспортировании. Чтобы не сокращать про­должительность зацепления сопряженных ко­лес и колеса с шевером, фаски на вершине зубьев прямозубых цилиндрических колес де­лать не следует. При шевинговании хорошо устраняются погрешности профиля (эволь­венты) зуба и в меньшей степени — погрешности в направлении зуба, особенно на колесах с широким зубчатым венцом, а также ра­диальное биение на колесах-дисках, которые обрабатывают от отверстия. Чтобы устано­вить деталь при зубонарезании и шевингова­нии с минимальным зазором, важно обрабо­тать с высокой точностью отверстие и поса­дочные места оправок или применить раз­жимные оправки для беззазорного центриро­вания. Радиальное биение вызывает накоплен­ную погрешность шагов и поэтому должно быть минимальным. У колес-валов, обрабаты­ваемых в центрах, радиальное биение меньше. На точность шевингования влияет точность станка и оснастки. Биение наружного диаме­тра инструментального шпинделя не должно превышать 0,005-0,01 мм, его опорного тор­ца—0,01—0,05 мм, торца шевера в сбо­ре — 0,010—0,015 мм, центров задней и пере­дней бабок — 0,005—0,01 мм. Точность изгото­вления и биение центрирующей шейки и опорного торца оправки должны составлять 0,005 — 0,01 мм. В табл. 24 приведены средние допустимые отклонения зубчатых колес авто­мобилей, которые могут быть увеличены или уменьшены в зависимости от требований, предъявляемых к зубчатым передачам.

Холодное прикатывание зубьев, так же как и шевингование, предназначено для чистовой обработки зубьев цилиндрических зубчатых колес внешнего зацепления с модулем до 4 мм и диаметром до 150 мм. В отличие от шевин­гования, окончательная обработка профиля зубьев осуществляется без снятия стружки пу­тем пластического деформирования металла в холодном состоянии. В процессе прикатывания, обычно двумя накатниками, выполненны­ми в виде зубчатых колес, обкатывают заго­товку с предварительно обработанными зубья­ми, расположенными на параллельных осях. Вращающийся накатник, перемещаясь к заго­товке, при достижении беззазорного зацепле­ния начинает процесс прикатки под определен­ной силой. Расстояние между осями накатника и детали постепенно уменьшается до получе­ния требуемого размера зубьев колеса. Во вре­мя прикатывания на зубьях обрабатываемого колеса и накатника имеет место взаимное скольжение, которое вызывает на сторонах зубьев колеса сдвиг металла. По опыту ЗИЛа обработка цилиндрического колеса (z = 26; m_n = 2,54 мм; β = 39º31') на прикатном автома­те с двумя накатниками по сравнению с ше­вингованием позволила увеличить производи­тельность в 4—5 раз, уменьшить параметр шероховатости поверхности на профилях зубь­ев до Ra = 0,32 мкм, снизить уровень звуково­го давления на 2 — 3 дБ, повысить стабиль­ность размеров зубчатого зацепления и каче­ство. Стойкость накатников составляет 274400 деталей, время прикатки колеса 14 с. Зубья прикатанных колес во время термической обработки вследствие более однородной структуры поверхностных слоев деформируются меньше, чем шевингованные. Точность зубчатых колес перед прикатыванием должна быть выше, а припуск на сторону зуба мень­ше, чем перед шевингованием, наполовину.

Зубохонингование применяют для чистовой отделки зубьев закаленных цилиндрических колес внешнего и внутреннего зацепления. Хонингование зубьев осуществляют на спе­циальных станках. Закаленное обрабатываемое колесо вращается в плотном зацеплении с абразивным зубчатым хоном при угле скре­щивания осей 10—15º. Поджим детали к хону осуществляется пружиной с силой 150 — 450 Н. Зубчатое колесо, кроме вращения, совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси. Направление вращения инструмента ме­няется при каждом ходе стола. Хонингование позволяет уменьшить параметр шероховато­сти поверхности до Rа = 0,32 мкм, удалить за­боины и заусенцы размером до 0,25 мм, сни­зить уровень звукового давления на 2 — 4 дБ и повысить долговечность зубчатой передачи. В процессе хонингования погрешности в эле­ментах зацепления устраняются незначительно при съеме металла порядка 0,01 — 0,03 мм на толщину зуба. Припуск под хонингование не оставляют. Частота вращения хона 180-200 об/мин, подача стола 180 — 210 мм/мин, число ходов стола четыре — шесть. Время хонинго­вания зубчатого колеса автомобиля 30—60 с. Срок службы монокорундовых хонов при обработке зубчатых колес коробки передач ав­томобиля — 1500 — 3000 деталей. Зубчатые ко­леса, имеющие забоины и заусенцы перед хонингованием, целесообразно обкатывать на специальном станке или приспособлении ме­жду тремя накатниками под нагрузкой для устранения погрешностей профиля зубьев. За­боины и заусенцы на зубьях обрабатываемого колеса сокращают срок службы и вызывают преждевременную поломку зубьев хона.

Зубчатые колеса высокой точности. Высокая точность цилиндрических зубчатых колес мо­жет быть достигнута шлифованием. По срав­нению с другими методами шлифование по­зволяет устранить не только погрешности предварительной обработки, но и неизбежные деформации при закалке. В табл. 25 приведены достигаемая точность и время чистовой обра­ботки зубчатых колес широко распростра­ненными методами шевингования и шлифова­ния. По опыту станкостроительной промыш­ленности зубчатые колеса 3-4-й степени точности (ГОСТ 1643 — 81) можно изготовить по следующей технологии: фрезерование зубьев под шлифование (5—6-я степень точности); термическая обработка - цементация и закал­ка; шлифование баз и предварительное шли­фование зубьев (5—6-я степень точности); ис­кусственное старение; шлифование баз; получистовое шлифование зубьев (4—5-я степень точности); искусственное старение; оконча­тельное шлифование баз и других поверхно­стей колеса; окончательное шлифование зубь­ев (3—4-я степень точности).

Контроль. Высокое качество зубчатых ко­лес можно обеспечить при условии примене­ния современных методов и средств контроля, а также технического контроля на протяжении технологического цикла изготовления, начиная с заготовки и кончая финишными операциями и сборкой. Для обеспечения взаимозаменяемо­сти и надежной работы зубчатой передачи по­грешности изготовления зубчатых колес и передач ограничены допусками, которые установлены ГОСТ 1643 — 81. Зубчатые колеса при изготовлении проходят обычно три этапа контроля: производственный, выборочный и приемочный.

Производственный контроль. Перед обра­боткой зубьев приборами контролируют по­верхности заготовок, которые используют в качестве баз. Визуально проверяют наличие забоин и заусенцев. После фрезерования и долбления непосредственно на рабочем ме­сте при плотном двухпрофилъном зацеплении обрабатываемого колеса с измерительным ра­бочий или наладчик проверяют размер зубьев с учетом припуска под шевингование, колеба­ние измерительного межосевого расстояния (МОР) за оборот колеса и на одном зубе. Ше­роховатость поверхности проверяют визуаль­но. После шевингования, кроме размера зубь­ев и колебания межосевого расстояния допол­нительно проверяют форму и расположение пятна контакта, уровень звукового давления и более тщательно шероховатость поверхно­сти на профилях зубьев. Производственному контролю подвергают первые два-три зуб­чатых колеса с каждого станка в начале рабочей смены, после замены инструмента и подналадки станка, а также через каждые 1 —2 ч работы станка. По результатам проверки, ес­ли это необходимо, наладчик вносит измене­ния в наладку станков.

Выборочный контроль предназначен для контроля отдельных элементов зубчатого за­цепления после фрезерования, долбления, ше­вингования и окончательно изготовленных зубчатых колес. Выборочный контроль осу­ществляет контролер специальными прибора­ми с записывающим устройством, установленными в комнате, хорошо защищенной от шума, рядом с участком изготовления зуб­чатых колес. В лаборатории контролируют: погрешность профиля, погрешность направле­ния зуба, разность шагов, радиальное биение, колебание МОР, уровень звукового давления, пятно контакта, отклонения длины общей нор­мали. Основными параметрами, которые определяют геометрию профиля зуба, являют­ся погрешности профиля и направления зуба. Оба эти параметра измеряют на четырех равнорасположенных по окружности зубьях с обеих сторон профиля на одном приборе. После зубофрезерования и зубодолбления по­грешности профиля и направления зуба обыч­но контролируют один раз в смену, а также после замены инструмента и наладки станка. В процессе шевингования контроль погрешно­стей профиля и направления зубьев осущест­вляют чаще, особенно по мере затупления шевера. Контроль проводят в начале смены, после замены инструмента, а также каждой 100-й детали с каждого станка. Результаты из­мерения контролер вносит в таблицу для ка­ждого станка, что позволяет постоянно анали­зировать его работу. Пятно контакта и уро­вень звукового давления после шевингования проверяют у тех же зубчатых колес, у которых измеряли профиль и направление зуба. Раз­ность шагов, радиальное биение и отклонение длины общей нормали контролируют по мере необходимости. Для контроля деформации в процессе термической обработки измеряют два зуба, расположенных под углом 180°. По­грешность профиля зуба измеряют в трех се­чениях по длине зуба (середине и двух край­них), а погрешность направления — в трех сечениях по высоте (середине, головке и нож­ке).

Приемочный контроль осуществляют после термической обработки и шлифования баз. На этой стадии у каждого колеса проверяют базы (отверстия, торцы и шейки) после шлифования и параметры зубьев. Выбор основных контро­лируемых параметров зубчатого зацепления и средств для контроля определяет завод-изго­товитель зубчатых колес. Например, у зуб­чатых передач лаковых автомобилей ос­новным параметром оценки качества является плавность зацепления, у зубчатых передач гру­зовых автомобилей — форма и расположение пятна контакта, у зубчатых передач автобу­сов — плавность зацепления и пятно контакта. Перед сборкой зубчатые передачи легковых автомобилей подбирают в пары (комплекты) по плавности зацепления, боковому зазору и пятну контакта на контрольно-обкатном станке. Зубчатые колеса для грузовых автомо­билей контролируют также на контрольно-об­катном станке с отобранным на производстве сопряженным колесом (срок службы которого 800—1000 деталей), после чего его заменяют новым, а использованное колесо отправляют на сборку. Погрешности профиля и направле­ния зуба, а также разность шагов контроли­руют на отдельных приборах у 2—5% колес из общего выпуска. Зубчатые колеса в прибо­ростроении, работающие с минимальным бо­ковым зазором, изготовляют с жесткими до­пусками по отклонению шага зубьев и биению зубчатого венца. Для колес обычной точности при малом выпуске комплексный двухпрофильный контроль является достаточным средством проверки качества.