Вопрос 47. Обработка шлицевых поверхностей фрезерованием. Станки и инструмент.

Шлицевые поверхности валов могут быть получены фрезерованием червячными и фасонными фрезами, строганием, протягиванием, накатыванием, шлифованием. Технологический процесс обработки шлицев зависит от геометрической формы шлицев, технических требований к ним, метода центрирования шлицевого соединения, термической обработки и серийности выпуска.

Как уже было сказано, по конструкции шлицы бывают прямобочные, эвольвентные и других форм профилей. Наибольшее распространение получили прямобочные и эвольвентные шлицы. Шлицевое соединение прямобочного профиля выполняют с центрированием втулки по наружному или внутреннему диаметру, а эвольвентного профиля — с центрированием по профилю. Качество шлицевого соединения определяется точностью ширины шлицев, точностью шага шлицев, отклонением от параллельности боковых сторон шлицев оси вала, точностью размера и расположения центрирующего диаметра. Требования к точности элементов шлицевых соединений в зависимости от квалитета довольно высокие (например, отклонение от равномерности шага равно 0,02 мм, отклонение от соосности — 0,02 мм, отклонение от параллельности 0,05 мм).

Наиболее распространенным методом получения шлицев в условиях средне- и крупносерийного производства является нарезание их червячными фрезами на шлицефрезерных и зубофрезерных станках. В этом случае профиль шлицев образуется в результате кинематически связанного непрерывного движения инструмента и заготовки (обкатки). Производительность этого процесса 20— 30 мм шлицевого профиля в 1 мин. Применение многозаходных червячных фрез позволяет повысить производительность, но снижает точность обработки шлицев. У незакаливаемых валов операцию фрезерования шлицев рекомендуется выполнять после окончательного шлифования наружной поверхности шлицев. У закаливаемых валов с центрированием по наружному диаметру обрабатывать шлицы рекомендуется в следующем порядке: фрезеровать шлицы с припуском под шлифование боковых сторон шлифовать наружный диаметр после термической обработки; шлифовать боковые стороны шлицев.

В промышленности применяют метод нарезания шлицев фасонными дисковыми фрезами с периодическим поворотом заготовки. Станки могут быть настроены на образование одной или одновременно двух рядом расположенных впадин. Этим методом на универсальных станках с делительным приспособлением получают шлицы невысокой точности в условиях единичного производства. Если процесс деления автоматизировать и предусмотреть чистовое фрезерование шлицев твердосплавными торцовыми фрезами, то можно обеспечить получение 60—100 мм шлицевого профиля в 1 мин.

Строганием шлицы получают с помощью многорезцовой головки, охватывающей вал и перемещающейся вдоль его оси. Строгальные фасонные резцы за каждый двойной ход головки перемещаются в радиальном направлении, удаляя металл одновременно из всех впадин.

Протягивание шлицев осуществляется также фасонными резцами. При протягивании фасонные резцы перемещаются вдоль оси вала, последовательно удаляя металл из впадин. Число резцов, установленных в одной протяжке, должно позволять профилирование впадины на полную глубину. Одновременно профилируют противоположные впадины шлицевого вала, а затем заготовку поворачивают.

Протягивание и строгание шлицев пока не нашли широкого применения из-за сложности изготовления инструмента и низкой точности обработки этими методами. Определенные перспективы имеет метод накатывания шлицев, при котором шлицы образуются путем пластического деформирования материала без снятия стружки. Накатывание можно производить зубчатыми роликами, зубчатыми рейками, профильными круглыми роликами, непрерывно или кратковременно (ударно) контактирующими с заготовкой. Зубчатые ролики и рейки используют как правило для формирования относительно неглубоких эвольвентных шлицев и калибрования шлицев после зубофрезерования. Круглые профильные ролики, монтируемые в многороликовую головку, можно применять для получения прямобочных и эвольвентных шлицев, параллельных оси, на очень жестких валах с развитым опорным торцом. Перечисленные методы накатывания эффективны только в условиях массового производства. Круглые фасонные ролики, монтируемые на планетарные головки ударного действия, имеют более широкую область применения. Роликом одной формы можно получить одинаковые шлицевые профили на валах с различным числом шлицев.

Производительность образования шлицев накатыванием в 6-15 раз выше производительности при фрезеровании. Упрочнение поверхностных слоев металла при накатывании обеспечивает повышение прочности и износостойкости шлицев и в некоторых случаях позволяет избежать термической обработки валов. Накатной инструмент также имеет очень высокую стойкость. Одним инструментом можно обработать от 3 000 до 100 000 заготовок. Вместе с тем высокие требования к точности инструмента, жесткости и точности оборудования для накатывания шлицев сдерживают широкое распространение этих методов.

Термически упрочняемые шлицевые валы, а также валы со шлицами, центрирующими по внутреннему диаметру, проходят финишную механическую обработку на шлифовальных станках. Поверхности, образующие профиль шлицев, шлифуют профильным кругом за один или два установа: сначала шлифуют поверхности шлицев, а затем поверхность внутреннего диаметра. Шлифование производится с периодическим поворотом заготовки.