3.8.7. Отделочная обработка зубчатых колес
Отделочные операции при обработке зубчатых колес используют для повышения точности и уменьшения шероховатости поверхностей. На практике применяют следующие отделочные операции:
• зубошевингование;
• зубохонингование;
• притирку;
• обкатывание зубьев.
Шевингование используется для отделочной обработки цилиндрических зубчатых колес. На практике существует несколько схем шевингования. Оно может проводиться наборным реечным и дисковым шеверами (рис. 3.264, а). Наибольшее распространение получило шевингование дисковым шевером (рис. 3.264, б). Дисковый шевер представляет собой колесо, на зубьях которого прорезаны канавки, параллельные торцам. Эти канавки образуют острые режущие кромки.
При обработке шевер и зубчатое колесо образуют зубчатую пару со скрещивающимися осями (рис. 3.264, в). Зубчатое колесо 1 устанавливается в центрах на столе станка, а шевер 2 в шпинделе. Ось шевера наклонена относительно оси колеса под углом 8 = 10...15°. Вращающийся шевер принудительно движет зубчатое колесо. Шевер прижимается к колесу с силой 2000...2500 Н.
В процессе обкатки происходит боковое скольжение режущих кромок шевера относительно поверхностей зубьев обрабатываемого колеса со скоростью резания
,
где Vш, — окружная скорость шевера.
Рис. 3.264. Шевингование зубчатых колес
Шевингование производят также по схеме, приведенной на рис. 3.264, г. В этом случае стол станка в процессе обработки совершает возвратно-поступательное движение и вертикальную подачу в конце каждого двойного хода. Бабка, на которой установлена деталь, шарнирно связана со столом и имеет специальные копирные линейки. В результате возникает возможность получения бомбинирозанных (бочкообразных) зубьев. Бочкообразность предотвращает заклинивание зубьев при сборке и способствует повышению их контактной выносливости вследствие деконцентрации нагрузок при эксплуатации.
Припуск на шевингование принимают в пределах 0,1...0,25 мм по толщине зуба.
Недостатками рассмотренных схем шевингования являются отсутствие жесткой кинематической связи между шевером и обрабатываемым колесом, вследствие чего не устраняется накопленная ошибка шага, а точность обработки в значительной степени зависит от качества зубонарезания. Эти недостатки устраняют при обработке зубьев кромочными шеверами. Такой способ обработки применяют при жесткой кинематической связи между обрабатываемым колесом а режущим инструментом, расположенным под углом 45°. Для обработки двух сторон зубьев колеса используют два шевера. Каждый шевер обрабатывает свою сторону зуба при соответствующих направлениях вращения и подачи.
Хонингование. В производстве цилиндрических зубчатых колес ГТД зубохонингование используется как отделочная обработка поверхности зубьев после зубошлифования. В отличие от зубошлифования этот процесс не приводит к образованию дефектов поверхности: прижогов, понижения твердости, изменения структуры поверхностного слоя. Более того, указанный процесс в значительной степени устраняет дефекты поверхностного слоя, полученные при шлифовании, з. снижение шероховатости контактируемых поверхностей зубьев до Ra = 0,1...0,2 мкм обеспечивает необходимые условия для образования масляной пленки, предохраняющей их от металлического контакта. В процессе зубохонингования на поверхности зубьев возникают напряжения сжатия, позволяющие повысить нагрузочную способность и долговечность работы передач.
В процессе обработки зубчатое колесо зацепляется с инструментом (хоном), представляющим собой абразивное косозубое зубчатое колесо наружного или заутреннего зацепления (рис. 3.265). Таким образом, система инструмент — деталь образует пару со скрещенными осями однопрофильного или двухпрофильного (беззазорного) зацепления. Обработка ведется в условиях свободна обкатки или с использованием кинематической связи между инструментом обрабатываемой деталью с приложением радиальных или окружных нагрузок.
Рис. 3.265. Хонингование в условиях наружного (а) и внутреннего (б) зацепления
В процессе обработки деталь перемещается относительно инструмента: осевом направлении.
В настоящее время широкое распространение получила схема зубохонингования с косозубым хоном внутреннего зацепления. По этой схеме построены станки, выпускаемые фирмами FASSLER, HURTH, КАРР. Несмотря на сложность и большую цену инструмента, схемы с хоном внутреннего зацепления имеют определенные преимущества. Более полный контакт поверхностей зубьев обрабатываемо: колеса и хона, более высокий коэффициент перекрытия в зацеплении позволяй-обрабатывать детали с малыми числами зубьев и улучшать общую динамику процесса обработки. По этой причине использование хонов внутреннего зацепления обеспечивает не только высокое качество поверхностного слоя, но и точность обработки шлифованных зубчатых колес (на одну степень при увеличенных по сравнению со схемой хонингования наружного зацепления съемах металла).
Процесс зубохонингования идет с интенсивным охлаждением. Для очистки поверхности хона, имеющего открытую структуру и склонного к засаливанию, СОЖ подается под большим давлением. В качестве СОЖ применяют специальные масла низкой вязкости или керосин. Сложившаяся практика хонингования авиационных зубчатых колес показала, что наилучшие результаты по шероховатости поверхности зубьев получают при обработке на окружных скоростях V = 8... 16 м/с с использованием в качестве СОЖ керосина.
В настоящее время для хонингования зубьев выпускают станки, оснащений: 5-координатными системами ЧПУ с синхронизирующей электронной кинематической связью «обрабатываемое колесо — инструмент». На рис. 3.266 приведем схема станка с управляемыми ЧПУ координатами, которые обеспечивают поп; речное X и продольное Z перемещение хона, поворот на угол скрещивания А, вращение инструмента С1, и заготовки С2, а также поворот В, необходимый для модификации по линии зубьев.
Рис. 3.266. Схема осей зубохонинговального станка модели К-400 фирмы FASSLER
Необходимые точность хона и модификации профилей зубьев обеспечивают зубошлифованием.
Современные зубохонинговальные станки с ЧПУ за одну операцию обрабатывают несколько различных зубчатых венцов (рис. 3.267).
Разновидностью хонингования является процесс, называемый коронингом. Он отличается тем, что в качестве инструмента используют высокоточное стальное косозубое колесо внутреннего зацепления с однослойным покрытием зернами алмаза или кубического нитрида бора. Высокая стойкость такого инструмента и производительность обработки (в 10-15 раз выше, чем зубохонингования) позволяют заменять коронингом зубошлифование. Припуск, снимаемый при такой обработке, может составлять 0,06.. .0,2 мм на сторону.
Притирка зубьев — распространенный метод окончательной обработки зубьев зубчатых колес. Притирка может производиться при параллельном положении осей притира и обрабатываемого колеса и тремя притирами при скрещенных осях. Притирка при параллельном расположении осей выполняется чугунным притирочным колесом, имеющим толщину зуба на 0,05...0,08 мм меньше, чем зубья притираемого колеса.
Рис. 3.267. Хонингование (коронинг) на машине СХ 120 (а) и наладка на комплексную операцию обработки нескольких венцов сборным инструментом (б)
Рис. 3.268. Схемы притирки зубьев
Припуск на притирку составляет 0,03...0,05 мм. В процессе работы притир и обрабатываемое колесо совершают вращательное движение (рис. 3.268, а), периодически меняющее свое направление. Притир, кроме того, имеет возвратнопоступательное движение, параллельное оси обрабатываемого колеса, а колесу сообщают радиальную подачу. Обработка ведется с применением притирочных паст и порошков.
Притирка при скрещенных осях обрабатываемого колеса и притира осуществляется по схеме, приведенной на рис. 3.268, б. Обрабатываемое колесо располагают между тремя колесами-притирами, причем ось одного из них расположена параллельно оси притираемого колеса, а оси других скрещиваются с его осью. Притираемое колесо при обработке периодически изменяет направление своего вращения. Притираемое колесо также получает возвратно-поступательное движение вдоль своей оси, чем обеспечивается равномерная обработка по всей длине зуба. Колеса-притиры имеют тормозные устройства, интенсифицирующие процесс обработки.