Методы обработки резанием шпоночных пазов

Шпоночные пазы в зависимости от их конструкции обрабатывают либо дисковой фрезой, если паз сквозной, либо шпоночной (пальцевой) фрезой, если паз глухой. Вал устанавливают в центрах или по наружной поверхно­сти на призмы приспособления (рисунок 3.61).

Шпоночные пазы изготовляют на горизонтально- и вертикально-фрезерных станках. При фрезеровании глу­хих шпоночных пазов в серийном и массовом производ­ствах применяют шпоночно-фрезерные полуавтоматы, работающие «маятниковым» методом: двухзубую шпоноч­ную фрезу (рисунок 3.61, в) за один проход подают на глубину резания 0,2...0,3 мм и фрезеруют паз на всю длину, затем вновь подают на эту же глубину и фрезеруют паз в другом направлении и так до получения полной глубины паза.

Шпоночные канавки в отверстиях втулок обрабатыва­ют в единичном и мелкосерийном производствах на дол­бежных станках, а в серийном и массовом производствах - на протяжных станках.

Рисунок 3.61 – Схемы обработки шпоночных пазов на валах: а - трехсторонней дисковой фрезой напроход, б - дисковой фрезой при подаче в направлении глубины паза, в - шпоночной фрезой

2.2.5 Виды зубчатых колес способы обработки зубьев Основные методы нарезания зубьев цилиндрических колес

Зубья на колесах нарезают с использованием двух схем: копирования и обкатки (рисунок 3.62).

Схема копирования заключается в последовательном фрезеровании впадин между зубьями фасонной дисковой модульной фрезой. Такие фрезы изготовляют набором для каждого модуля. Обычно применяют набор фрез из 8 штук, обработка которыми позволяет получать зубчатые колеса 9-й степени точности, но для изготовления более точных зубчатых колес требуется набор из 15 или 26 штук. Такое количество фрез в каждом наборе необходимо потому, что для различного числа зубьев размеры впадин между зубь­ями различны.

Каждая фреза набора предназначена для определен­ного интервала числа зубьев.

Зубчатые колеса обычно нарезают по одному или по несколько штук на оправке, что увеличивает производи­тельность труда.

Дисковыми модульными фрезами обрабатывают ци­линдрические зубчатые колеса с косым зубом, поворачи­вая заготовку (фрезу) на угол наклона зуба.

Режущие кромки зубьев дисковой или пальцевой фре­зы изготовляют по форме впадины между зубьями коле­са, и при фрезеровании они копируют форму впадины. После нарезания одной впадины заготовку поворачивают на угол, равный 1/z, с помощью делительной головки и повторяют нарезание новой впадины и т. д.

Пальцевыми модульными фрезами нарезают зубья средних и крупномодульных шевронных колес, реек и др. (см. рисунок 3.62, б).

Указанные выше методы применяют в единичном и мелкосерийном производствах. В массовом производстве метод копирования используется при зубодолблении.

Рисунок 3.62 – Нарезание зубьев по схемам:

а, б – копирования, в - обкатки

Зубодолбежными головками одновременно по конту­ру обрабатывают все впадины зубьев колес (рисунок 3.63) резцами с фасонным профилем режущих кромок, соот­ветствующим профилю впадин обрабатываемого колеса.

Резцы закреплены на станке неподвижно, а главное рабочее движение совершает заготовка в направлении сво­ей оси. Подачу радиальную (на глубину резания) осуще­ствляют действием конусов 3 и 4 станка на наклонные хвостовики резцов, перед обратным ходом резцы немного отводят.

Протягивание применяют для обработки колес внут­реннего и наружного профиля. Протяжки для колес внут­реннего профиля аналогичны шлицевым протяжкам с фасонным эвольвентным профилем режущих кромок.

Протяжки используют для последовательной обработ­ки одной или нескольких впадин с поворотом заготовки делением на соответствующий угловой шаг (рисунок 3.64).

Рисунок 3.63 – Конструкция зубодолбежной головки (а) и схема долбления впадины зубьев (б):

1 – корпус головки, 2 – резец, 3,4 – подвижные конуса

С этой целью применяют протяжки дисковой конст­рукции (рисунок 3.64, а). Протяжки секторного типа (рисунок 3.64, б) аналогичны наружным протяжкам с соответствующим профилем режущих кромок. Ими обрабатывают группу зубьев колес. Для обработки следующей группы зубьев осуществляют поворот заготовки.

Протяжки охватывающего типа позволяют вести об­работку сразу всех зубьев колес. У протяжки (рисунок 3.64, в) в корпусе в виде трубы установлены кольца с внутренни­ми режущими зубьями эвольвентного профиля, соответ­ствующего профилю впадин зубьев нарезаемого колеса. Высота зубьев в кольцах, расположенных по длине про­тяжки, изменяется для создания подъема на зуб С_Z. В про­цессе обработки рабочее движение резания совершает за­готовка.

При схеме обкатки заготовка и инструмент воспроиз­водят движение пары сопряженных деталей зубчатой или , червячной передачи. С этой целью либо инструменту при­дают форму детали, которая могла бы работать в зацепле­нии с нарезаемых колесом (зубчатая рейка, червяк, зуб­чатое колесо), либо инструмент выполняют таким обра­зом, чтобы его режущие кромки описывали в пространстве поверхность профиля зубьев некоторого зубчатого колеса или рейки. В процессе взаимного обкатывания заготовки и инструмента режущие кромки инструмента, постепен­но срезая металл из обрабатываемых впадин заготовок, формируют на ней зубья.

С хему обкатки реализуют в следующих методах: зубофрезеро-вании, зубодолблении, зубострогании, зуботочении, зубонакатывании.

Зубофрезерование с осевой или радиально-осевой по­дачей, осуще-ствляемое при подаче червячной фрезы па­раллельно оси обрабаты-ваемого колеса (рисунок 3.65), при­меняют для нарезания прямозубых и косозубых колес.

Червячная фреза в начале резания и до получения полной высоты зуба подается радиально к оси обрабаты­ваемого колеса, затем радиальная подача прекращается и включается осевая подача (рисунок 3.65, б).

Этот метод реали­зован на зубофрезерных станках.

Подачу при черновом нарезании зубьев принимают S = = 0,7...4 мм/об заготовки, при чистовом - 0,3...1,2 мм/об.

Рисунок 3.65 - Схема нарезания зубьев червячной фрезой (а) и схема перемещения фрезы, при ее радиальноосевой подаче (б): 1 - осевая подача, 2 - радиальная подача, 3 - холостые ходы; с - величина перебега фрезы (2...3мм)

Для фрез из быстрорежущей стали скорость резания (ок­ружная скорость вращения фрезы) составляет 15...50 м/мин.

При нарезании червячными фрезами степень точнос­ти колес соответствует 7...9-му классам, а шероховатость поверхности колес R_a = 3,2 мкм.

В зависимости от модуля устанавливают число рабо­чих ходов червячной фрезы: для модулей т до 2...2,5 мм - один рабочий ход, для т > 2,5 - два рабочих хода и более. С целью повышения производительности при зубофрезеровании применяют твердосплавные фрезы, многозаходные фрезы и увеличивают число одновременно обра­батываемых колес.

При зубодолблении режущим инструментом служит долбяк, представляющий собой зубчатое колесо с эвольвентным профилем зубьев. Для преобразования его в режущий инструмент зубьям приданы передний угол γ = 5... 10° и задний угол  = 4...8°. В процессе нарезания долбяк и нарезаемое зубчатое колесо (рисунок 3.66) находят­ся в относительном движении зацепления и их окружные скорости на начальных окружностях равны.

Кроме вращательного движения долбяк имеет возвратно-поступательное (или винтообразное движение при нареза­нии косозубых колес) движение V_П и движение S_ВР в нача­ле процесса долбления. Нарезаемое колесо (заготовка) при холостом ходе долбяка немного отводят (движение S_T) для ликвидации трения о долбяк. Перебег долбяка в обе стороны равен 3...5 мм.

Скорость резания (скорость движения долбяка) под­считывают по формуле:

,

где L - длина хода долбяка в мм;

n - число двойных ходов долбяка в минуту.

Скорость движения долбяка из быстрорежущей ста­ли составляет 14...30 м/мин; круговая подача долбяка 0,15  0,5 мм/дв.ход.

По сравнению с зубофрезе-рованием червячными фре­зами зубо-долбление более производительно при малых модулях (m < 2,5 мм), при больших модулях (m > 5 мм) более производительно зубофрезеро-вание.

	Рисунок 3.66 – Схема нарезания зубчатого колеса долбяком: ZЗ – число зубьев заготовки, ZД – число зубьев долбяка, VД – скорость долбяка, VЗ – скорость заготовки, VВ.П. – скорость вертикального возвратно-поступательного движения резания, SВР – подача на врезание долбяка, ST – подача на отвод заготовки на каждый холостой ход долбяка

Обработка зубчатых колес выполняется: с m = 1...2 мм - за один рабочий ход; с 2 < m  4 - за два рабочих хода; с m > 4 мм - за три рабочих хода.

Зубодолбление является единственным методом для нарезания колес с внутренним зацеплением (при средних и малых диаметрах), а также при обработке зубчатых венцов в блочных шестернях (рисунок 3.67).

Из рисунка видно, что червячная фреза 4 не имеет выхода при обработке венца малого диаметра 3, в то время как долбяком 2 можно обрабатывать оба венца - 3 и 1.

При зубострогании используют гребен-ки - самый простой по конструкции обкатной инструмент в виде зуб­чатой рейки. Обкатное движение создает кинематика стан­ка.

	Рисунок 3.67 - Схема обработки венцов блока шестерни долбяком и червячной фрезой 1 - венец большого диаметра, 2 - долбяк, 3 - венец малого диамет­ра, 4 - червячная фреза

В процессе обработки гребенка совершает главное дви­жение v_В (рисунок 3.68) по направлению боковых поверхнос­тей образуемого зуба параллельно оси (прямозубое колесо). Одновременно происходит движение обката гребенки и заготовки: гребенка - продольно-поступательное по на­правлению ее средней линии v_П, заготовка — вращатель­ное v_Д. Профиль зубьев колес образуется огибанием его зубьями гребенки при совершении движений главного v_В и обката v_П. Для нарезания всех зубьев колеса длина гребенки должна быть больше длины начальной окруж­ности колеса. Если применяют короткие гребенки, то после образования нескольких впадин гребенку возвращают в исходное положение вне зоны контакта с заготовкой и обрабатывают следующую группу впадин колеса.

У зубострогания производи­тельность меньше, чем у зубофре-зерования червячной фрезой или зубодолбле-ния.

Процесс накатыва-ния зубьев заключается в том, что зубья на заго-товке выдавливают вследствие пластичес-кого деформирования металла накатниками в виде зуб­чатых валков или реек на специ­альных станках.

Накатывание зубчатых по­верхностей имеет большие пре­имущества перед методами реза­ния: повышает производитель­ность в 10...30 раз; увеличивает износостойкость и прочность зубь­ев; значительно уменьшает отхо­ды металла и др.

Различают горячее и холодное накатывание. Горячее накатыва­ние применяют для профилей с модулем больше 2,0 мм; холодное накатывание - для колес с моду­лем до 2,0 мм.

Может быть применено и ком­бинированное накатывание для средних модулей, когда основную пластическую деформацию проводят в горячем состоянии, а окончательное профилирование зубьев - в холодном.

В холодном состоянии мелкомодульные зубчатые ко­леса можно накатывать даже на токарных станках с про­дольной подачей двух или трех накатников, закреплен­ных на суппорте.

При холодном накатывании получают 7—8-ю степень точности зубчатого колеса.

Накатывают зубья и двумя накатниками, имеющими форму реек, при этом заготовку устанавливают в центрах специального станка.

Горячее накатывание производят как с радиальной, так и с продольной подачами (рисунок 3.69).

Перед накатыванием за-готовки подвергают поверх­нос-тному нагреву токами высокой частоты (ТВЧ) до 1100...1200°С, а затем производят накатывание вращаю­щимися накатниками 5.

Штучное время накаты-вания зубьев 0,5...2 мин, для модулей 2...5 мм.

При горячем накаты-вании достигается 9-10-я степень точности. Применяя горячую калибровку с нагревом за­готовки до 700...750°С, можно получить 8-ю степень точ­ности зубчатого колеса.

	Рисунок 3.69 – Схема горячего накатывания зубьев колес с радиальной (а) и осевой (б) подачами: 1 – шпиндели, 2 – реборды, 3 – заго-товка, 4 – оправка, 5 - накатники