ЛЕКЦИЯ7. Обработка деталей механических передач в условиях автоматизированного производства

Червячная передача, состоящая из червячного колеса 2 и цилиндрического червяка 1 (рис. 7.1, а), относится к передачам со скрещивающимися осями, расположенными под углом 90°. Червячные передачи широко применяют в делительных механизмах зуборезных станков, подъемных механизмах, приборах, в которых требуется плавная, бесшумная работа и высокая равномерность вращения По сравнению с другими видами передач, червячные передачи могут передавать крутящие моменты с большим передаточным числом при небольших габаритах. Линейный контакт между зубьями, относительно большое число зубьев, находящихся одновременно в зацеплении, позволяют им передавать большую нагрузку. Высокий коэффициент скольжения при зацеплении зубьев обеспечивает передаче бесшумную и плавную работу. Точно изготовленная червячная передача имеет высокую равномерность вращения. К недостаткам червячной передачи относятся: высокая затрата мощности на преодоление трения в зацеплении, достаточно высокий нагрев, быстрый износ зубьев, сравнительно низкий КПД (50—90%). Чем меньше угол подъема витка червяка и хуже качество поверхности на профилях зубьев, тем больше потери мощности. Для уменьшения потери мощности необходимо выбирать соответствующий материал для изготовления червяков и червячных колес, использовать определенный смазочный материал; поверхность профиля зубьев должна быть гладкой. У малонагруженных червячных передач червяк обычно изготовляют из улучшенной стали, а колесо из чугуна. У нагруженных и ответственных передач червяки изготовляют закаленными из цементуемых сталей, а колесо из бронзы. Особое внимание уделяют точности изготовления зубчатого зацепления червячной передачи. Высокая точность червячного колеса достигается при нарезании зубьев на станке с высокой кинематической точностью и отсутствием зазоров в кинематической цепи. Для облегчения правильного зацепления червячной передача необходимо соблюдать следующее правило, червяк и червячное колесо должны иметь одинаковую форму профиля. Внешний диаметр червячной фрезы должен быть больше диаметра червяка на удвоенный радиальный зазор, а толщина зуба фрезы больше, чем у червяка, на боковой зазор в передаче. При фрезеровании за два хода черновая фреза должна иметь большую по сравнению с чистовой фрезой высоту головки, а чистовая фреза — большую чем у черновой фрезы, толщину зуба. Для фрезерования зубьев червячных колес, которые сопряжены с многозаходными червяками, применяют многозаходные фрезы. При нарезании многозаходными фрезами число зубьев обрабатываемого колеса и число заходов фрезы не должны иметь общих множителей.

Рисунок 7.1 – Схемы нарезания зубъев червячных колес

Нарезание зубьев червячных колес выполняют на универсальных зубофрезерных станках методом обкатки и специально предназначенных для этой цели мастер-станках. Фреза и колесо вращаются при нарезании зубьев так же, как червяк и червячное колесо в собранном агрегате. Выбор метода обработки зависит от требуемого качества зацепления червячной передачи. Червячные колеса с углом подъема винтовой линии червяка до 8° обрабатывают методом радиальной подачи. Червячные передачи повышенной точности и имеющие большие углы подъема нарезают с тангенциальной подачей червячными фрезами с заборным конусом или фрезой-летучкой. При нарезании с радиальной подачей червячных колес с углом подъема линии зуба свыше 8 ° и сравнительно большим обхватом червяка перед достижением номинального межосевого расстояния происходит срез металла с профиля зубьев колеса. Срезанный участок профиля зуба не участвует в зацеплении. По этой причине и вследствие лучшего образования профиля зубьев червячных колес метод тангенциальной подачи часто применяют и для зубчатых колес с углом подъема меньше 8°.

Нарезание с радиальной подачей осуществляется на зубофрезерных станках цилиндрической фрезой (рис. 7.1,6), ось которой устанавливают горизонтально, симметрично оси колеса. В процессе резания фреза 3 подается радиально на глубину зуба с подачей 0,08—0,50 мм/об стола и скоростью резания 20—25 м/мин. Чтобы зубья колеса были нарезаны полностью по всей окружности, после достижения полной высоты и выключения радиальной подачи необходим еще один полный оборот детали, прежде чем следует остановить станок. Из зацепления с колесом фрезу следует выводить до выключения работы станка, чтобы не повреждать профиль зубьев колеса. При фрезеровании с радиальной подачей параметр шероховатости поверхности зависит от числа зубьев и заходов фрезы, а также диаметра колеса. Если диаметр колеса мал, а фреза имеет небольшое число зубьев, на профиле зубьев колеса остаются широкие следы огибающих резов. Для снижения параметра шероховатости по окончании радиальной подачи целесообразно применять чистовую обработку с тангенциальной подачей. Число резов на боковой поверхности зуба можно регулировать путем изменения тангенциальной подачи. Путь тангенциальной подачи в этом случае равен примерно одному осевому шагу червячной фрезы. Метод обработки с радиальной подачей обладает высокой производительностью; его применяют для обработки червячных колес невысокого качества и колес с относительно небольшим углом подъема зубьев.

Нарезание с тангенциальной подачей выполняют на зубофрезерных станках с протяжным суппортом, который сообщает фрезе осевую подачу. Обработка ведется червячной фрезой с заборным конусом или фрезой-летучкой. Червячная фреза состоит из двух частей — заборной и цилиндрической. Заборная часть фрезы, выполненная в виде конуса, предназначена для черновой обработки зубьев колеса. В большинстве случаев угол конуса заборной части выбирают равным 20—26°. Правозаходные червячные фрезы имеют заборную часть у правого конца, а левозаходные — соответственно у левого конца. Заборный конус фрезы при работе с осевой подачей необходим для распределения износа и уменьшения нагрузки на зубья фрезы. Цилиндрическая часть фрезы, равная одному полному витку, производит чистовую обработку зубьев.

Перед обработкой фрезу 4 устанавливают таким образом, чтобы ее заборная часть слегка касалась окружности выступов колеса (рис. 7.1, в). Резание начинается с внедрения заборного конуса в тело колеса при осевом перемещении фрезы, а заканчивается, когда первый калибрующий зуб выходит из зацепления с зубом колеса. При нарезании зубьев колеса за один ход инструмент устанавливают на номинальное межосевое расстояние червячной передачи. Если обработка ведется за два хода или с радиальной подачей, межосевое расстояние увеличивают для обеспечения припуска под чистовую обработку. Тангенциальная подача должна быть направлена против вращения стола; ее выбирают в пределах 0,08—0,5 мм/об стола для чернового и 0,5—0,12 мм/об стола для чистового нарезания зубьев; скорость резания 20—25 м/мин. Длину пути фрезы можно определить графически. Начальное положение — когда заборная часть фрезы начинает касаться тела колеса, конечное — когда первый зуб с полным профилем выходит из зацепления. Производительность метода фрезерования с тангенциальной подачей ниже, чем с радиальной, а точность выше.

При нарезании с радиально-тангенциальной подачей (рис. 7.1, г) черновая обработка осуществляется заборным конусом при внедрении его на радиальной подаче до достижения номинального межосевого расстояния между фрезой 5 и колесом. Затем происходит автоматическое переключение на чистовую обработку. Цилиндрическая часть фрезы при тангенциальной подаче снимает с боковых сторон зуба минимальный припуск. Тангенциальный путь фрезы значительно сокращается. Толщина зуба заборной части фрезы делается меньше толщины цилиндрической части. Возможен другой вариант обработки. Если под чистовую обработку необходимо оставить припуск, радиальная подача выключается раньше, чем будет достигнута полная высота зуба; станок автоматически переключается на тангенциальную подачу для чистового нарезания зубьев. При нарезании с радиально-тангенциальной подачей можно применять цилиндрические фрезы той же длины, что и при фрезеровании с радиальной подачей. Метод с радиально-тангенциальной подачей более высокопроизводителен, чем метод с радиальной подачей, и обеспечивает лучшее формообразование профиля зубьев, чем метод тангенциальной подачи.

Нарезание фрезой-летучкой применяется в единичном производстве. При обработке точных червячных колес и колес крупного модуля вместо одного резца в оправке установлено несколько резцов (рис. 7.1, д). Резцы б, 7 предназначены для черновой обработки впадины зубьев, а резец 8— для чистовой. Фрезой-летучкой работают только при методе тангенциальной подачи. Червячные колеса, сцепляющиеся с однозаходным червяком, фрезеруют с подачей 0,9—0,15 мм/об стола. Подача уменьшается, когда фрезеруют колеса, сопряженные с многозаходными червяками. Скорость резания 12—18 м/мин. Нарезание фрезой-летучкой — процесс длительный с низким периодом стойкости. Для повышения производительности черновое нарезание осуществляют с радиальной подачей на 0,2 мм глубже полной высоты зуба, а чистовое нарезание — фрезой-летучкой с тангенциальной подачей; припуск снимается только с боковой стороны зуба. Возможность регулирования резца в оправке по высоте позволяет получить однородное качество зацепления червячных колес.

Чистовая отделка зубьев червячных колес осуществляется после чистового фрезерования, с помощью червячных шеверов. Шевер представляет собой червяк, на вершине и боковых сторонах которого нанесено большое число узких незатылованных зубцов. Шевер обычно шлифуют на том же станке и теми же методами, что и червяк; червячный шевер по диаметру равен диаметру сопряженного червяка Для увеличения срока службы и получения локализованного пятна контакта в середине зубчатого венца диаметр шевера должен быть несколько больше диаметра применяемой перед этим червячной фрезы для чистовой обработки. При работе таким шевером соответственно увеличивают межосевое расстояние на станке и дополнительно повертывают фрезерную головку на разность углов подъема обоих инструментов Червячный шевер трудоемок и сложен в изготовлении, его применяют для обработки ответственных червячных передач. При снятии мелкой стружки уменьшается параметр шероховатости поверхности на профилях зубьев и, таким образом, улучшаются антифрикционные свойства червячной передачи.

Шевингование выполняют двумя методами: с радиальной подачей посредством сближения инструмента с деталью до достижения номинального межосевого расстояния и осевой подачей на номинальном межосевом расстоянии. Как при радиальной, так и при осевой подаче ведущим элементом является червячный шевер; колесо должно свободно вращаться на своей оси. Кинематическая связь между шевером и колесом отсутствует. При шевинговании с осевой подачей качество поверхности лучше, чем при работе с радиальной подачей. При работе с радиальной подачей возможно также небольшое срезание с профиля зуба колеса. Радиальная подача (ступенчатая) 0,03 — 0,06 мм/об стола. При изготовлении червячных колес возможны погрешности формы и расположения пятна контакта. Червячная фреза с завышенным диаметром обеспечивает ограниченное пятно контакта в середине зубчатого венца колеса. По мере переточки фрезы до номинального диаметра контакт удлиняется и располагается по всей длине зуба. При использовании фрезы с заниженным после заточки диаметром пятно контакта располагается на концах зуба червячного колеса, что недопустимо. При расположении пятна контакта на головке или ножке зуба колеса имеется разница в углах профиля фрезы и червяка из-за неправильной заточки фрезы или неправильного изготовления профилей.