Зубонарезание способом копирования можно выполнять: последовательным нарезанием каждого зуба колеса модульной дисковой или пальцевой фрезой на универсальном фрезерном станке, одновременным долблением всех зубьев колеса, одновременным протягиванием всех зубьев колеса, круговым протягиванием.
Способ копирования является неточным и непроизводительным, вследствие чего он применим в единичном и мелкосерийном производствах, за исключением кругового протягивания.
Современным, точным и производительным способом изготовления зубчатых колес является нарезание зубьев по способу обкатки червячной фрезой, круглым долбяком, реечным долбяком (гребенкой), зубострогальными резцами, резцовой головкой, накатыванием зубчатыми валками.
Способ обкатки заключается в том, что зубья на зубчатом колесе образуются при совместном согласованном вращении (обкатке) режущего инструмента и заготовки. Так, при зубофрезеровании прямолинейные боковые режущие кромки зубьев червячной фрезы, имеющие в осевом сечении трапецеидальную форму, поочередно касаются нарезаемого зуба.
Рассматривая на рис. 3.35, г последовательные положения зубьев фрезы (7, 2, 3 и т. д.), видим, что профиль впадины получается постепенно и состоит из множества прямолинейных участков, образованных зубьями фрезы. Эти прямолинейные участки накладываются один на другой и практически образуют не ломаный, а криволинейный (эвольвентный) профиль зуба.
Рис. 3.35. Схемы нарезания зубчатых колес:
а и б - методом копирования; в - методом обкатки;
г - схема образования профиля зуба методом обкатки
Фрезерование зубьев цилиндрических колес и реек дисковыми и пальцевыми модульными фрезами. Фрезерование зубьев колес представляет собой разновидность фасонного фрезерования. Режущие кромки зубьев дисковой и пальцевой фрезы изготовляют по форме впадины между зубьями колеса (рис. 3.35, а, б). В процессе работы фреза переносит («копирует») свой профиль во впадину зубьев, создавая, таким образом, две половины профилей двух соседних зубьев. После нарезания одной впадины заготовка поворачивается на один зуб с помощью делительного механизма, фреза снова врезается и проходит по новой впадине между зубьями.
Такой способ применяют в индивидуальном и мелкосерийном производствах, а также при ремонтных работах, на горизонтально-фрезерных станках с делительными головками.
Для нарезания зубчатых колес крупных модулей (больше 20 мм) способом копирования, особенно шевронных колес, применяют модульные пальцевые фрезы (рис. 3.35, б). На зубчатых рейках зубья нарезают также с помощью дисковых модульных фрез, на длинных рейках - на станках специального назначения, имеющих механизм деления для продольного движения рейки. Фрезеруют одной или двумя (и даже тремя) установленными рядом фрезами. При нескольких одновременно работающих фрезах одна (или соответственно две) из набора дисковых фрез служит для предварительной прорезки, а другая - для окончательного профилирования зубьев.
В современном машиностроении применяют зубодолбежные станки, производительность которых значительно выше, чем при нарезании зубьев на фрезерных станках, описанных выше. Высокая производительность достигается тем, что в работе одновременно участвует столько резцов (долбяков), сколько нужно нарезать зубьев на заготовке, причем резцы имеют форму впадин зубчатого колеса.
Фрезерование зубьев цилиндрических колес червячными фрезами. Способ фрезерования зубьев цилиндрических колес червячными фрезами является одним из наиболее распространенных. Червячная фреза представляет собой червяк, имеющий профиль осевого сечения винтовых ниток в виде зубчатой рейки и продольные канавки, образующие режущие зубья рейки (рис. 3.35, в).
Зубчатая рейка обеспечивает правильное зацепление с эвольвентными колесами любого числа зубьев, поэтому червячная фреза может нарезать колеса с любым числом зубьев (того же модуля и угла зацепления) одинаково точно. В этом заключается одно из больших преимуществ нарезания зубьев колес червячной фрезой.
В процессе нарезания червячная фреза и нарезаемое колесо находятся в состоянии относительного движения зацепления.
При резании червячная фреза вращается и движется поступательно в соответствии с вращением нарезаемого зубчатого колеса (рис. 3.36). Ось червячной фрезы 1 устанавливается под углом к плоскости торца нарезаемого колеса 2, равным углу подъема нитки фрезы на ее делительном цилиндре. Червячная фреза, кроме вращения, имеет еще и поступательное движение подачи вдоль образующей боковой цилиндрической поверхности нарезаемого колена. Процесс резания при этом происходит непрерывно и в нем участвует одновременно несколько режущих зубьев фрезы, благодаря чему этот способ нарезания зубьев является одним из наиболее производительных.
Рис. 3.36. Схема нарезания зубчатого колеса червячной фрезой
Червячными фрезами нарезают как прямые, так и косые зубья цилиндрических колес. В последнем случае ось фрезы устанавливают под углом к торцу нарезаемого колеса, равным сумме углов подъема винтовой нитки фрезы и винтовой нитки (углов наклона зуба) нарезаемого колеса (при разных направлениях винтовых линий фрезы и колеса) и разности этих углов, если направления винтовых линий фрезы и нарезаемого колеса одинаковы.
Нарезание зубьев цилиндрических колес долбяком. Способ нарезания цилиндрического зубчатого колеса методом обкатки с помощью круглого долбяка заключается в том, что в процессе обработки колеса воспроизводится зубчатое зацепление двух цилиндрических колес, одно из которых является режущим инструментом, а другое - заготовкой.
Для обработки колеса необходимо (рис. 3.37), чтобы одно из колес 1 или 2 зубчатой пары (на практике - долбяк 1) совершало при обкатке возвратно-поступательное движение, в результате чего на заготовке образуются зубья.
Рис. 3.37. Схема обкатки зубчатой пары при зубодолблении
Зубчатая пара, установленная на станке, взаимно кинематически связана и в процессе обкатки воспроизводит зубчатое зацепление. Колесо 1 служит режущим инструментом (долбяком) и одновременно производит вертикальное возвратно-поступательное движение, последовательно срезая зубьями материал заготовки 2. Долбяк представляет собой зубчатое колесо, на торце которого заточкой образованы режущие кромки.
Зубонарезание прямозубых конических колес. Для обработки конических зубчатых колес применяют зубострогальные станки, работающие по методу обкатки одновременно двумя резцами.
Нарезание конических зубчатых колес с криволинейными зубьями. Конические зубчатые колеса с прямыми зубьями вследствие несовершенства конструкции не отвечают повышенным требованиям быстроходных передач на современных машинах (наблюдаются шум, неплавность работы, низкий к. п. д.).
3.6.3. Обработка зубьев червячных пар
Червяки бывают цилиндрические (рис. 3.38,а) и глобоидные (рис. 3.38,б).
Рис. 3.38. Виды червяков
Нарезание червяков. Простейшим видом обработки червяков является нарезание их на токарном станке резцом с прямолинейным профилем.
Для получения правильного профиля витков профиль резца должен иметь контур впадины между зубьями червяка в определенном его сечении и совмещаться при нарезании с плоскостью этого сечения.
По мере увеличения диаметра основного цилиндра установка резцов выше и ниже центра вызывает определенные трудности вследствие изменений углов резания, поэтому при нарезании эвольвентных червяков применяют профильные резцы, соответствующие контуру нормального сечения впадины червяка с установкой плоскости профиля нормально к ее оси.
Кроме обработки червяков резцом на токарном станке применяют также нарезание червяков профильным резцом и фрезами на фрезерных и резьбофрезерных станках.
Нарезание червяков дисковой фрезой - более производительный способ обработки, но при этом искажается профиль червяка в результате подрезки, вследствие различия углов подъема витка у основания и вершины особенно у многозаходных червяков. Поэтому этот способ обычно применяют для предварительной обработки профиля червяка.
При нарезании дисковой фрезой (рис. 3.39) с режущими кромками прямолинейного профиля ось вращения фрезы А располагается под углом к оси червяка, равным углу подъема витков червяка.
Рис. 3.39. Схема нарезания червяка дисковой фрезой
Наряду с нарезанием червяков дисковой фрезой различные виды червяков обрабатывают червячной фрезой на обычных зубофрезерных станках. Для нарезания червяков применяют специальные червячные фрезы с криволинейным профилем режущих кромок зуба. Этот способ обработки при высокой производительности требует наличия сложного инструмента, так как он приводит к искажению профиля поверхностей витков червяка, то его применяют для предварительной обработки.
Нарезание червячных колес. Червячные колеса нарезают на зубофрезерных станках червячными фрезами тремя методами: радиальной подачи, тангенциальной подачи и комбинированным методом.
При методе радиальной подачи (рис. 3.40, а) заготовка 1, находясь все время в зацеплении с червячной фрезой 2, совершает радиальную подачу на фрезу до установленного размера А, при этом фреза совершает только вращательное движение. На червячном колесе получается правильный профиль зубьев при полном зацеплении червячной фрезы с заготовкой. Недостаток указанного метода заключается в том, что червячная фреза работает не всеми режущими кромками и изнашиваются только зубья средней части фрезы, постоянно находящиеся в контакте с заготовкой.
Этим методом нарезают зубья червячного колеса на обычном зубофрезерном станке без дополнительного специального суппорта. Настройка цепи деления станка при этом аналогична настройке при нарезании цилиндрических зубчатых колес с прямым зубом. Дополнительную настройку радиального перемещения стола производят в зависимости от заданной радиальной подачи.
При методе тангенциальной подачи (рис. 3.40, б) заготовку червячного колеса 1 устанавливают на размер межцентрового расстояния А сразу и фрезу 3 вводят в зацепление с заготовкой осевым перемещением. Фреза 3имеет коническую заборную часть и, работая всеми своими режущими кромками, изнашивается равномерно. В процессе резания фреза не только вращается, но и перемещается поступательно по оси. При этом заготовка 1, кроме основного вращательного движения, связанного с зацеплением, должна иметь дополнительное вращательное движение, зависящее от осевого перемещения фрезы 3, иначе зубья червячной фрезы будут срезать зубья червячного колеса.
Рис. 3.40. Схемы нарезания червячного колеса:
а - методом радиальной подачи;
б - методом тангенциальной подачи
Осевое перемещение фрезы 3 и дополнительное вращение заготовки червячного колеса 1 осуществляет специальный суппорт, который при нарезании червячных колес устанавливают на зубофрезерном станке.
Комбинированный метод нарезания червячных колес представляет собой последовательное сочетание методов радиальной и тангенциальной подач, причем первый применяют для предварительного нарезания зубьев, а второй - для окончательной обработки. Под окончательную обработку оставляют соответствующий припуск, величина которого должна компенсировать погрешность предыдущей обработки.
При комбинированном методе применяют как червячные фрезы, так и профильные резцы, причем применение последних, особенно для окончательной обработки червячного колеса, обеспечивает наиболее высокую точность.