Типовые детали

2.5. Технология обработки деталей зубчатых передач

Кдеталям зубчатых передач относятся зубчатые колеса (цилиндрические, конические, червячные), вал-шестерни, червяки, секторы, рейки. По классификации деталей в машиностроении зубчатые колеса относятся к классу “Диски”, а вал-шестерни и червяки – к классу “Круглые стержни”.

Кклассу “Диски” относятся также шкивы, маховики, фланцы, крышки, кольца, поршни гидро- и пневмоприборов и т.п. детали. Технология обработки этих деталей проще, чем зубчатых колес, поэтому в данном разделе будет рассмотрена технология обработки зубчатых колес, как наиболее сложных деталей данного класса.

2.5.1. Общие сведения о зубчатых колесах

Цилиндрические зубчатые колеса с прямыми и косыми зубьями служат для передачи вращательного движения между параллельными валами, с криволинейными зубьями – между перекрещивающимися осями колес. Конические зубчатые колеса предназначены для передачи вращательного движения между валами с пересекающимися осями. Червячные передачи служат для передачи вращательного движения между скрещивающимися осями колеса и червяка.

Профиль зубьев колес в основном эвольвентный. Установлено 12 степеней точности зубчатых колес передач (в порядке убывания точности): 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. В машиностроении применяют главным образом колеса 6-й, 7-й и 8-й степеней точности. Точность зубчатого колеса назначают в зависимости от окружной скорости, при которой должно работать колесо.

Технические условия на изготовление зубчатых колес 7-8-й степеней точности приведены в таблице 2.9.

Таблица 2.9. Технические условия на изготовления зубчатых колес 7-8-й степеней точности

113

Технологические задачи при изготовлении зубчатых колес – получение точного центрального отверстия, достижение концентричности отверстия и делительной окружности, концентричности отверстия и окружности выступов (впадин) зубьев, достижение перпендикулярности торцов к оси детали, получение шпоночного паза или шлицев параллельно оси отверстия, получение достаточно точных поверхностей зубьев.

Материалы, применяемые чаще всего для зубчатых колес:

–Без термообработки – стали 45, 40Х, чугун СЧ21, СЧ24 (при окружной скорости < 6 м/с).

–С термическим улучшением – стали 40, 45, 50, 50Г, 40Х, 40ХН, 35 ХГС.

–Закаленные – стали 45, 40Х, 40ХН, 40ХНМА.

–Цементированные и закаленные – стали 15Х, 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ, 15ХФ, 18ХНВА.

–Закаливаемые с нагревом ТВЧ – стали 45, 40Х.

–Азотируемые – стали 38ХВФЮА, 38ХЮА, 38ХМЮА.

Для приводных шестерен, работающих при окружных скоростях до 40-50 м/с, применяют также текстолит и древесно-слоистый пластик – лигнофоль.

Заготовки для колес диаметром до 60 мм изготавливают из прутка на револьверных станках или на многошпиндельных автоматах. Заготовки для колес больших размеров получают главным образом в единичном и мелкосерийном производстве в виде поковок под молотом, в серийном – в виде штамповок в подкладных штампах, в крупносерийном и массовом – в закрытых штампах. Центральные отверстия диаметром свыше 25 мм прошивают при штамповке.

Технологические базы на первой операции – наружные необработанные поверхности (торец и наружная цилиндрическая поверхность). После обработки отверстия и торца их принимают в качестве технологических баз на большинстве операций. Детали с нарезанными зубьями после термообработки в пламенной печи снова обрабатывают – шлифуют отверстие с базированием колеса по впадинам между зубьями, затем на базе отверстия и торца шлифуют зубчатый венец.

2.5.2. Технологияобработкизубчатыхколес

Основными факторами, влияющими на характер технологического процесса обработки зубчатых колес, являются: конструкция и размеры зубчатого колеса; вид заготовки и материал; требования к точности

114

и качеству колеса, вид термообработки; годовая программа производства.

Конструкция колеса существенно влияет на последовательность его обработки и подбор необходимого оборудования. Вся первичная обработка венцового зубчатого колеса производится в трех кулачковом патроне. Конструкция колеса влияет на способ нарезания зубьев. Например, при незначительном промежутке между двумя зубчатыми венцами блочного колеса обработку венцов производят на зубодолбежном стенке, при достаточном расстоянии между венцами применяют фрезерование зубьев.

Технологический процесс изготовления зубчатого колеса можно разделить на четыре основные этапа:

1)черновая и чистовая обработка заготовки;

2)нарезание зубьев;

3)термическая обработка;

4)отделочные и доводочные операции после термической обработки.

На рис. 2.15 показано зубчатое колесо со ступицей и шлицевым отверстием из стали 18ХГТ; заготовка-штамповка.

Втаблице 2.10 приведен маршрут его изготовления.

Вмелкосерийном и серийном производстве зубчатые колеса обрабатываются на револьверных и токарных станках (в частности

сЧПУ). В крупносерийном и массовом производстве – на горизонтальных и вертикальных токарных полуавтоматах и на переналаживаемых автоматических линиях.

При использовании револьверного станка вся обработка заготовки с одной стороны производится полностью с одно-

115

117

Рис. 2.18. Двухвенцовое зубчатое колесо с шлицевым отверстием. Материал колеса – сталь 16ХГТ; заготовка – штамповка

ции используются также станки с программным управлением.

В мировом станкостроении увеличивается производство станков-комбайнов с автоматическим циклом работы, которые позволяют выполнять на

одном станке несколько видов обработки: точение и шлифование, точение и фрезерование, зубофрезерование и шевингование и прочие.

В таблице 2.11 приведен маршрут обработки двухвенцового зубчатого колеса (рис. 2.18) на автоматической линии.

Червячные и конические зубчатые колеса близки к форме диска. До обработки зубьев, заготовки обрабатывают примерно по тому же маршруту, что и цилиндрические зубчатые колеса.

Особенности обработки червячных колес связаны с их конструкцией. Чаще всего такие колеса делают составными с насадными бронзовыми венцами или биметаллическими – с бронзовым венцом, залитым на стальную заготовку. Тихоходные колеса изготавливают из чугуна (при скоростях скольжения профиля менее 2 м/с). У составных червячных колес отдельные части вытачивают порознь, затем части колеса соединяют и обрабатывают совместно начисто, устанавливая по точно обработанному отверстию; после этого обрабатывается зубчатый венец.

Конические колеса могут быть в виде диска или в виде соединения диска и втулки. Технологическими базами таких деталей являются центральное отверстие и торцы, а также поверхности конусов и наружная цилиндрическая поверхность втулки или хвостовика. На токарных станках при установке по конусу в патроне применяют качающиеся зажимные губки, которые соответствуют форме конуса. Обрабатывая коническое колесо с втулкой, после сверления центрального отверстия протягивают шлицы. На последующих операциях технологическими базами служат центральное отверстие и торец.

Вал-шестерни и червяки до нарезания соответственно зубчатого венца или витка червяка обрабатывают как обычные ступенчатые валы. При нарезании зубчатого венца или витка базирование валшетстерни или червяка производят в центрах или по одной из шеек в трехкучлачковом патроне и заднему центру, в последнем случае обеспечивается большая жесткость.

118

2.5.3. Нарезаниезубьевцилиндрическихзубчатыхколес

Нарезание зубьев возможно двумя принципиально различными методами: по методу копирования профиля инструмента и по методу обкатки (огибания).

2.5.3.1. Нарезание зубьев методом копирования

Нарезание цилиндрических зубчатых колес с прямым зубом можно выполнить на горизонтальных и универсальных фрезерных станках при помощи делительной головки модульными дисковыми фрезами. Такие фрезы изготавливаются набором из 3-х, 8-ми (обеспечивают 9-ю степень точности) или из 15-ти, 26-ти штук (обеспечивают 8-ю степень точности) для каждого модуля. Каждая фреза набора предназначена для определенного интервала числа зубьев.

На рис. 2.19 показаны схемы нарезания зубьев дисковыми модульными фрезами.

Дисковыми модульными фрезами можно также нарезать косые зубья, поворачивая фрезу или колесо на угол наклона зуба.

Пальцевыми модульными фрезами нарезают зубья средних и крупномодульных цилиндрических (рис. 2.20, а), шевронных (рис. 2.20, б) колес, реек и др.

Зубья крупных модулей (более 20 мм) начерно нарезают двуугловой пальцевой фрезой (рис. 2.20, в) или последовательно двумя угловыми пальцевыми фрезами (рис. 2.20, г).

Нарезание зубьев дисковыми и пальцевыми фрезами применяется в основном в единичном и мелкосерийном производстве при отсутствии специальных зуборезных станков, так как такой способ

Рис. 2.19. Нарезание зубьев дисковыми модульными фрезами:

а – одной заготовки; б – нескольких заготовок на одной оправке; в – тремя фрезами одновременно; г – с применением трехшпиндельной головки; д – одновременно двумя фрезами

120

а – прямозубого колеса;

б – шевронного колеса; в – черновое нарезание двуугловой фрезой; г – последовательно двумя угловыми

фрезами

вг

нарезания малопроизводительный с низкой точностью зубчатого венца (8-10-я степень точности).

В единичном производстве при отсутствии стандартных модульных фрез нарезание колес можно производить резцамилетучками (рис. 2.21).

Резец заправляется по форме впадины зубчатого венца. Нарезание зубьев производится на горизонтально-фрезерном станке

с делительной головкой.

121

Рис. 2.23. Схема нарезания зубьев цилиндрических колес многорезцовыми зубодолбежными головками:

а– направлениеосновныхдвижений; б – последовательность обработки впадины между зубьями колеса

аб

фрезы, угла наклона зубьев нарезаемого венца. Например, при диаметре фрезы 250 мм и ширине колеса 7 мм – вогнутость зуба 0,008 мм.

По методу копирования изготавливаются зубчатые венцы одновременным долблением всех впадин между зубьями фасонными резцами, установленными в специальных зубодолбежных головках. Для каждого обрабатываемого колеса в соответствии с его модулем и числом зубьев должна быть изготовлена специальная головка. Поэтому станки этого типа используются только в массовом и крупносерийном производстве для получистового нарезания зубьев под шевингование и для чистовой обработки колес 7-й и 8-й степеней точности.

Нарезаемое колесо 1 закрепляется на верхнем конце подвижного штосселя 2 станка (рис. 2.23), расположенного под многорезцовой головкой, и получает вертикальное возвратно-поступательное движение I (движение резания).

Резцы 3, установленные в неподвижной головке, после каждого рабочего хода заготовки получают перемещение II в радиальном направлении (движение подачи). Перед ходом заготовки вниз резцы разводятся на 0,5 мм с помощью конуса отвода, расположенного в головке.

Зубодолбежные головки рассчитаны на нарезание колес с модулем от 2 до 10,5 мм, с числом зубьев 20-50 и наружным

диаметром до 250 мм.

В единичном и мелкосерийном производстве для неточных зубчатых колес зубья можно обработать на долбежном (рис. 2.24) или строгальном станках фасонным резцом, профиль которого должен соответствовать впадине зубчатого венца.

Рис. 2.24. Обработка зубьев на долбежном станке

122