Лекции по "Машиностроению"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

52. Методы  нарезания зубчатых колес.

Существует два принципиально отличных друг от друга метода изготовления зубчатых колес:

- метод копирования. При этом методе профиль инструмента (дисковая или пальцевая фреза) повторяет профиль впадины нарезаемого колеса. 

Как метод нарезания колес он обладает существенными недостатками – относительно низкой производительностью и точностью; необходимостью иметь большое количество типо-размеров инструмента для нарезания различных колес (при этом сам инструмент имеет сложную форму); необходимостью иметь на станке дополнительное делительное устройство, и др. Поэтому данный метод при нарезании зубчатых колес используется редко (в основном в ремонтном производстве) и в данном курсе не рассматривается;

- метод обката (иногда его называют методом огибания). При этом методе инструмент (долбяк) представляет собой как бы эвольвентное зубчатое колесо, обладающее режущей кромкой (и выполненное из соответствующей инструментальной стали).  
При нарезании колеса, помимо движения резания, инструменту и заготовке дают движение обката, т.е. движение, имитирующее работу двух зубчатых находящихся в зацеплении колес. В этом случае на нарезаемом колесе автоматически формируется нужное число зубьев с эвольвентным профилем. 

При этом профиль зуба формируется не как копия профиля инструмента, а как огибающая ко многим положениям профиля зуба инструмента в его движении относительно нарезаемого колеса. Значительно повышается производительность (т.к. процесс идет непрерывно) и точность (т.к. нет дополнительного делительного устройства). Резко снижается необходимая номенклатура инструмента, т.к. одним и тем же инструментом можно нарезать колесо данного модуля с любым числом зубьев. 

Зубчатая рейка с прямолинейным профилем зуба является частным случаем эвольвентного колеса, поэтому при методе обката наиболее часто используется инструмент реечного типа (инструмент, который в осевом сечении имеет форму зубчатой рейки). Это может быть зубчатая гребенка или червячная фреза, которая применяется наиболее часто. При этом резко упрощается форма инструмента и его изготовление. Стандартная зубчатая рейка, положенная в основу инструмента, называетсяпроизводящим исходным контуром (рисунок 40б). 

Так как головка зуба инструмента формирует ножку зуба нарезаемого колеса, то высота головки производящего исходного контура делается в соответствии с высотой ножки зуба обычного исходного контура, т. е.  производящий исходный контур имеет симметричный по высоте зуб относительно делительной прямой. 

Для увеличения стойкости инструмента режущая кромка зуба у вершины имеет скругление. Величина скругления определяется коэффициентом высоты скругленного участка hk*= 0.25.

Еще одним значительным преимуществом метода обката является то, что одним и тем же инструментом, на одном и том же станке (без дополнительных затрат) можно у колес с одинаковым числом зубьев для формирования профиля использовать различные участки эвольвенты, значительно изменяя форму зубьев и свойства колес и передач. Это достигается изменением положения инструмента относительно заготовки при нарезании колеса (рис 41). 

 

 

Рисунок 41

На рисунке 41 изображено станочное зацепление производящего исходного контура с нарезаемым колесом (реечное зацепление). 

В данном случае линия зацепления является касательной к основной окружности нарезаемого колеса и перпендикуляром к профилю зуба рейки. Точка ее пересечения с линией центров (в данном случае линия центров – это прямая, проходящая через центр колеса и перпендикулярная к делительной прямой рейки) является полюсом зацепления W, через который проходит начальная окружность нарезаемого колеса в станочном зацеплении. 

Прямая рейки, касательная к начальной окружности колеса в полюсе зацепления, является начальной прямой. Так как начальная прямая в процессе нарезания перекатывается без скольжения по начальной окружности колеса (начальные линии – это центроиды в относительном движении), то все размеры с начальной прямой в истинную величину переносятся на начальную окружность нарезаемого колеса, в том числе и шаг. 

Но шаг наначальной прямой рейки величина стандартная, которая должна быть на делительной окружности колеса. Поэтому при зацеплении со стандартной рейкой в качестве начальной окружности всегда выступает делительная окружность колеса, а угол зацепления равен стандартному углу профиля исходного контура (αw= α = 200).

Положение инструмента характеризуется коэффициентом смещения "x". Смещение считается нулевым (x=0), если при нарезании делительная прямая рейки касается делительной окружности колеса (совпадает с начальной прямой рейки); смещение положительное (x=0), если делительная прямая проходит вне делительной окружности нарезаемого колеса (инструмент отодвигается от центра заготовки – именно этот случай изображен на рисунке 41); при отрицательном смещении инструмент приближается к центру заготовки и делительная прямая рейки пересекает делительную окружность колеса. 

На рисунке 42 показано, как изменяется форма зуба с изменением коэффициента смещения.

Рисунок 42

 

Из рисунка видно, что во всех случаях формируется одна и та же эвольвента. При изменении положения инструмента изменяется используемый для профиля зуба участок этой эвольвенты. С увеличением коэффициента смещения зуб становится более толстым, более жестким, более прочным на изгиб. 

Увеличение радиусов кривизны эвольвенты на более высоких участках приводит также к увеличению контактной прочности зубьев. Применение отрицательного смещения позволяет уменьшить габариты нарезаемых колес.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

53. Нарезание  зубчатых колес на зубодолбежных  станках.

Нарезание зубчатых колес на зубодолбежных станках,: На зубо-долбежных станках (см. рис. 102) на основании 1расположена верхняя станина 2, несущая основные элементы станка (рис. 104). Долбяк, закрепленный на шпинделе 8, совершает заданное число двойных ходов в минуту, которое может быть настроено с помощью гитары 10. Механизм перемещения долбяка обеспечивает рабочий ход в соответствии с заданной скоростью резания vp. Холостой ход совершается со скоростью ух, большей, чем скорость рабочего хода. Согласованность вращательных движений инструмента и заготовки обеспечивает настройка гитары обкатки 3.

В начале процесса резания долбяк, совершая возвратно-поступательные и вращательные движения, постепенно врезается в заготовку. Для этого предусмотрена подача sp, которую обеспечивает механизм подачи 5. При этом суппорт 4 медленно перемещается по направляющим 7 до тех пор, пока долбяк не достигнет полной высоты зуба нарезаемого колеса. Поскольку долбяк совершает в среднем 400-500 дв. ход1мин, а вращается медленно, за каждое рабочее движение он снимает тонкую стружку. В результате каждого рабочего хода долбяк занимает по отношению к заготовке новые положения, совокупность которых при непрерывном вращении позволяет профилировать эвольвентные зубья.

При движении вверх добяк не режет, но продолжает также медленно вращаться. Для того чтобы он не сильно изнашивался, стол с заготовкой 9 отводится по стрелке А вправо на небольшую величину. В начале движения долбяка вниз стол перемещается влево и занимает прежнее рабочее положение. Число перемещений стола по стрелке А равно числу двойных ходов долбяка в минуту.

Рис. 104. Общий вид зубодолбежного станка

Для нарезания косозубых зубчатых колес на станок под колпак 6 устанавливают специальный копирный механизм. Зубодолбежные станки работают по полуавтоматическому циклу.

Цилиндрические зубчатые колеса с прямыми зубьями нарезают прямозубыми долбяками.

Средняя скорость резания при зубодолблении, м/мин:

где L - длина хода долбяка, мм; п - число двойных ходов дол-бяка в минуту.

Величины L и п регулируются на станке.

Гитара деления станка настраивается на основе тождества

где «заг - частота вращения заготовки, об/мин; па - частота вращения инструмента (долбяка), об/мин; ги - число зубьев долбяка: ?за1, - число зубьев заготовки.

Круговая подача sKp. и, мм1дв. ход, долбяка выражается длиной дуги делительной окружности С (см. рис. 102, г) за один двойной ход (мм1дв. ход). Для увеличения производительности нарезают несколько заготовок колес, закрепленных на одной оправке. Нарезание блоков зубчатых колес и зубчатых венцов для внутреннего зацепления (рис. 105) возможно только на зубодолбежных станках.

Рис. 105. Схема обработки заготовок на зу-бодолбежных станках:

a - зубчатого блока; б - зубчатого  венца для внутреннего зацепления

Цилиндрические зубчатые колеса с косыми зубьями нарезают косозубыми долбяками. Углы наклона зубьев долбяка и заготовки при наружном зацеплении совпадают, но для нарезания колеса с правым направлением зубьев устанавливают долбяк с левым направлением, и наоборот. Зубья долбяка совершают движение вверх и вниз по винтовой линии, что и обусловливает наклон нарезаемых зубьев. Траектория движения зубьев долбяка определяется копирным устройством, которое специально устанавливается в этом случае. Цилиндрические колеса с косыми зубьями внутреннего зацепления нарезают долбяками с одноименным направлением зубьев.

Увеличению производительности зубодолбежных станков способствует их автоматизация. Штампованные заготовки с окончательно обработанными на токарных станках отверстием и наружными поверхностями автоматически закрепляются в позиции обработки. По окончании нарезания зубьев суппорт станка отходит в сторону, обработанное колесо автоматически снимается, а на его место устанавливается новая заготовка, и станок нарезает следующее колесо.

 

54-55. Нарезание цилиндрических прямозубых (косозубых) колес на зубофрезерных станках червячными фрезами.

Существует два основных способа нарезания зубьев цилиндрических зубчатых колес: копированием и обкаткой (огибанием).

Простейший способ нарезания копированием заключается в прорезании впадин между зубьями профильными (модульными) фрезами. После прорезания каждой впадины заготовку поворачивают на величину шага зацепления. 
 

Рис. 224. Схема нарезания зубьев модульными фрезами

Модульные фрезы бывают дисковые (рис. 224, а) и концевые (пальцевые). Концевые фрезы (рис. 224, б) применяют для нарезания зубьев больших модулей.

Нарезание зубьев по способу копирования дисковыми фрезами производится на универсально-фрезерных станках с применением делительных головок, а пальцевыми фрезами нарезают на зубофрезерных станках, снабженных специальными головками или на специальных станках. Способ копирования в силу ряда недостатков применяется лишь для нарезания зубьев колес невысокой точности при единичном производстве (главным образом в ремонтных мастерских).

Неточность нарезания зубьев этим способом в основном определяется следующей причиной: чтобы получить точный профиль зубьев, нужно было бы для каждого модуля применять отдельную дисковую фрезу. Но это экономически невыгодно, так как пришлось бы иметь в цехе слишком большое число фрез. Поэтому используют наборы в 8, 15 или 26 фрез. Таким образом, одной фрезой нарезают зубчатые колеса с разным числом зубьев, находящимся в определенном диапазоне.

Нарезание зубьев методом обкатки (огибания) основано на воспроизведении зацепления зубчатой пары, одним из элементов которой является режущий инструмент.

Рис. 225. Схема нарезания зубьев червячной фрезой

Нарезание червячной фрезой производят на зубофрезерных станках. Червячная фреза (рис. 225) представляет собой червяк с профилем зуборезной (основной) рейки, превращенной в режущий инструмент в результате прорезания в нем продольных спиральных канавок и затылования. Червячные фрезы делают однозаходными и многозаходными.

При нарезании зубьев обрабатываемая заготовка вращается вокруг вертикальной или горизонтальной оси, а фреза, вращаясь вокруг другой оси, перемещается вдоль оси вращения заготовки. Ось шпинделя фрезы наклонена относительно оси вращения заготовки под углом, равным углу наклона витков фрезы.

Нарезание зубьев червячной фрезой широко распространено как для предварительного, так и для окончательного нарезания прямых и спиральных наружных зубьев цилиндрических зубчатых колес в серийном и массовом производстве.

Существуют одношпиндельные и двушпиндельныезубофрезерные станки; чаще используют одношпиндельные станки. 
 

Рис. 226. Зуборезный станок

На рис. 226 показана схема одношпиндельногозубофрезерного станка. Здесь заготовка закреплена на вертикальной оправке 1 круглого стола 2, могущего перемещаться для установки на нужную глубину резания. Сверху оправка поддерживается кронштейном 3. Фреза помещена на шпинделе суппорта 4, перемещающегося в вертикальном направлении.

 

56.Нарезание  червячных зубчатых колес на  зубофрезерных станках.

Нарезание зубьев червячных колес производят на зубофрезерных станках. На них деталь в процессе обработки вращается в зацеплении с червячной фрезой в условиях, которые соответствуют зацеплению червячного колеса с червяком. 
Зубья червячных колес нарезают двумя методами: радиальной и тангенциальной подачи фрезы.

 

Нарезание зубьев методом радиальной подачи (рис. 6, а) производят при установке оси фрезы в плоскости, проходящей через середину обрабатываемого зубчатого колеса (по оси выточки) при вращении фрезы и колеса с заданным передаточным отношением и постепенной радиальной подачей заготовки на фрезу до достижения необходимого межцентрового расстояния. 
Нарезание зубьев вторым методом (рис. 6,6) производят при заданном межосевом расстоянии между фрезой и заготовкой. Фреза для обработки червячный зубчатых колес этим методом имеет три-четыре витка, заточенных на конус, которые образуют заборную часть. В начале обработки фреза устанавливается таким образом, что только крайний виток наименьшего диаметра касается поверхности заготовки. При запуске станка, помимо вращения, обеспечивающего движение обкатки, фреза получает подачу вдоль оси по касательной к нарезаемой шестерне (тангенциальную подачу), а заготовка детали дляизбежание нарушения условий обкатки — дополнительное вращение. При движении фрезы вдоль оси на величину шага заготовка должна повернуться дополнительно на один зуб. 
Такой метод менее производителен, чем метод радиальной подачи, но может обеспечить лучшую чистоту и точность обработки зубьев.