Изготовление цилиндрических червяков

В цилиндрических червячных передачах червяки разделяют на следующие основные виды (ГОСТ 18498-73): архимедовы (ZА), имеющие прямолинейный профиль в осевом сечении и архимедову спираль в торцовом; конвалютные (ZN), имеющие прямой профиль в нормальном к вигку сечению и удлиненную эвольвенту в торцовом сечении, эвольвентные (ZI), имеющие криволинейный профиль в нормальном сечении, эвольвентный в торцовом и прямолинейный в сечении плоскостью, касательной к основному цилиндру.

В единичном производстве червяки с формами боковых поверхностейZA, ZN, ZI как предварительно, так и окончательно могут быть изготовлены на токарном станке. Архимедовы червяки (ZА) нарезают резцами с прямолинейными режущими кромками, установленными в осевом сечении червяка (рис. 7.2, a) Обе стороны витка одновременно обрабатывают при черновом нарезании и раздельно каждую сторону при чистовом. По этой же технологии обрабатывают конвалютные червяки, с той разницей, что резцы с прямолинейными кромками для червяка ZN1 устанавливают в нормальном сечении витка (рис. 7.2, б), а для червяка ZN2— в нормальном сечении впадины (рис 7.2, в).

Рисунок 7.2 – Схемы установки резцов при нарезании червяков

При обработке эвольвентных червяков ZI важное значение имеет установка токарных резцов. Чистовое нарезание эвольвентного червяка выполняют двумя резцами: один резец - для обработки правой, другой — для обработки левой стороны витка Резцы, имеющие прямолинейные режущие кромки, устанавливают один выше, другой ниже оси червяка, в плоскостях, касательных к основному цилиндру червяка (рис 7.2 г)

Смещение резца от осевой плоскости определяют по формуле

где r₀— радиус основного цилиндра; z₁— число заходов; m_oc — модуль в осевом сечении; a — угол профиля резца, равный углу подъема dитка на основном цилиндре.

Смещение резца относительно осевой плоскости при нарезании червяков с углом подъема нитка более 5° создает неблагоприятные условия резания, поэтому эвольвенттые червяки с углом подъема нитка более 5° нарезают резцами с профилем, криволинейным в осевом или нормальном сечениях.

В серийном производстве используют более эффективные методы. Обработка ведется на резьбофрезерных и специально-фрезерных станках дисковыми или пальцевыми фрезами, профиль которых определяют для каждого конкретного типа червяка.

Для нарезания фрезу устанавливают так, чтобы ее ось вращения была наклонена на угол подъема витка червяка l_д, а средняя точка А располагалась на одной высоте с осью червяка (рис. 7.3). При такой установке фрезы червяк профилируется в нормальном сечении по впадине. Поэтому для нарезания архимедова, эвольвентного и нелинейного черня ков фреза должна иметь криволинейный профиль, а для нарезания конволютного червяка — прямолинейный. Червяки с m ≤ 10 мм фрезеруют за один рабочий ход, а с m ≥ 10 мм — за два рабочих хода, снимая за первый рабочий ход до 0,8 полной глубины впадины.

Фрезерование дисковыми фрезами в основном применяют для чернового нарезания витков червяка. В этом случае используют фрезы с прямолинейным профилем, оставляя припуск под чистовую обработку, превышающий получаемую погрешность профиля червяка.

Рисунок 7.3 – Схема нарезания червяка дисковой фрезой

Пальцевые фрезы используют для нарезания крупномодульных червяков в мелкосерийном и единичном производстве. Фрезу устанавливают так, чтобы ее ось вращения пересекала ось червяка под углом 90°.

Возможно также точение витков червяков (типа ZА и ZI) на зубофрезерных станках долбяком.

Нарезание червяков круглым долбяком (рис. 7.4) в крупносерийном и массовом производстве производят на специальных или универсальных зубофрезерных станках, оснащенных протяжным суппортом. При обработке червяк и долбяк вращаются (их оси вращения пересекаются под прямым углом), а одновременно долбяк совершает относительное перемещение вдоль оси червяка. Этим методом нарезают архимедовы и эвольвентные червяки. Для червяков с углом подъема витка менее 5—6° используют прямозубые долбяки, при угле подъема более 6° — косозубые.

Угол наклона винтовой линии на делительном цилиндре долбяка должен быть равен углу подъема на делительном цилиндре червяка. Поэтому для нарезания червяков с различным углом наклона винтовой линии требуются отдельные долбяки.

Этот метод обеспечивает высокую точность обработки и большую производительность.

Рисунок 7.4 - Нарезание червяков круглым долбяком

Многозаходные эвольвентные червяки нарезают методом обкатки на зубофрезерных станках червячными фрезами.

Этим методом нарезают эвольвентные червяки с большим углом подъема нитка, для чего используют червячные фрезы с прямой режущей кромкой. Он обеспечивает высокую производительность, так как все витки многозаходных червяков нарезают одновременно, однако получаемая при этом точность (8—9 степени) невысока, поэтому его применяют в основном на предварительных операциях.

Нарезание червяков торцовой резцовой головкой, оснащенной пластинами из твердого сплава, выполняют на вертикально-фрезерных станках, оборудованных специальным приспособлением. Приспособление устанавливаемое на столе станка, обеспечивает вращение червяка в соответствии с продольным перемещением стола. Производительность этого способа высокая. Он применяется для нарезания червяков большого модуля (m = б... 10) 8—9-й степеней точности.

В крупносерийном и массовом производстве широко применяют вихревой метод обработки червяков в специальном приспособлении, установленном на резьбофрезерном станке. Этот метод обладает большой производительностью. Подобно изготовлению резьбы, червяки небольших размеров, с малым углом подъема витка и небольшой глубиной профиля накатывают в холодном состоянии без снятия стружки.

У термически обработанных архимедовых, конвалютных и эвольвентных червяков окончательную обработку профиля витка осуществляют на специальных резьбошлифовальных станках или станках для шлифования червяков

Шлифуют червяки дисковыми, чашечными и пальцевыми кругами.

Дисковыми кругами шлифуют архимедовы, эвольвентные и нелинейчатые червяки. При двустороннем шлифовании дисковым кругом ось вращения круга, как и при фрезеровании, наклонена к оси червяка под углом подъема нитка на делительном цилиндре.

Для шлифования архимедовых и эвольвентных червяков при такой установке круг должен иметь криволинейный профиль, получаемый путем правки по шаблонам, профиль которых рас считывают так же, как и профиль дисковых фрез.

При малых углах подъема архимедовы червяки относительно невысокой точности (8—9-я степени) можно шлифовать прямобочным кругом. Получаемая при этом погрешность профиля с уменьшением диаметра круга уменьшается.

Для упрощения устройства правки круга при шлифовании эвольвентных червяков допускается профилирование круга по радиусу

где a_п— угол профиля в нормальном сечении;l_Д— угол подъема нитка на делительном цилиндре; А — расстояние между осями круга и червяка, мм; l_е — угол подъема нитка на наружном диаметре; R — радиус наружного диаметра червяка; r_Д — радиус делительного цилиндра.

Эту же зависимость можно использовать и при профилировании дисковых рез.

При одностороннем шлифовании эвольвентных червяков дисковым кругом с прямым профилем (рис. 7.5) образующая круга должна совпадать с образующей червяка.

Половина угла профиля круга a_и с определяется по формуле

где d₀ — диаметр основного цилиндра; m — осевой модуль чер вяка; z₁ — число заходов.

Для шлифования звольвентного червяка плоской стороной дискового круга ось круга поворачивают в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Чашечные конические круги используют для одностороннего шлифования эвольвентных и архимедовых червяков. Схема установки круга дана на рис. 7.6. Чашечные круги обеспечивают лучшее приближение к архимедову червяку, чем дисковые круги того же диаметра. Точная архимедова поверхность получается при криволинейном профиле круга.

Рисунок 7.5 – Схема шлифования эвольвентного червяка дисковым кругом	Рисунок 7.6 - Схема шлифования эвольвентного червяка чашечным кругом

Пальцевые круги используют как для одностороннего, так и для двустороннего шлифования крупномодульных червяков с m≥ 15 мм. Одностороннее шлифование применяют при обработке эвольвентных червяков. Круг устанавливают так, что его прямолинейная образующая совпадает прямолинейной образующей эвольвентной винтовой поверхности.

При двустороннем шлифовании архимедовых и эвольвентных червяков пальцевый круг должен иметь криволинейный профиль, ось круга должна пересекать ось червяка под прямым углом.

Контроль червячных передач можно разделить на три этапа: раздельный контроль колеса и червяка после их окончательной обработки, контроль комплекта (пары) колеса и червяка перед сборкой, контроль червячной передачи в собранном агрегате. У червячного колеса контролируют: погрешность шага и накопленную погрешность шага, толщину зуба, форму и расположение пятна контакта в паре с червяком, кинематическую точность на приборе в однопрофильном зацеплении с сопряженным червяком или со специальным эталоном для передач высокой точности и комплексную погрешность в двухпрофильном зацеплении для передач невысокой точности. Погрешность окружного шага червячного колеса чаще определяют специальным прибором непосредственно на зуборезном станке в процессе нарезания зубьев. Во время медленного вращения стола станка с обрабатываемым червячным колесом два измерительных штифта прибора последовательно вводятся в соседние впадины зуба на полный оборот колеса Результаты измерения автоматически вычисляются и записываются: на одном графике — погрешность шага от зуба к зубу, на другом — накопленная погрешность. Например, показатели точности червячного колеса (d_в= 250 мм: т =3 мм) для зуборезного станка: погрешность шага 2 мкм, накопленная погрешность 10 мкм. Контроль погрешности шага и накопленной погрешности выполняют также на специальных приборах вне станка.

У червяка контролируют: форму профиля, погрешность угла подъема витка, шаг между витками, толщину зуба, радиальное биение. Основные параметры контролируют на приборе для контроля червячных фрез. Ряд параметров можно контролировать на эвольвентомере, шагомере и т. д.

Перед сборкой у червячного колеса и сопряженного червяка в паре контролируют форму и расположение пятна контакта на зубьях колеса и кинематическую точность. Первый параметр определяет качество зацепления, второй — точность изготовления червячной передачи. Пятно контакта и кинематическую точность червячной передачи в однопрофильном зацеплении проверяют на специальном контрольном приборе с электронным и записывающим устройствами при номинальном межосевом расстоянии. Перед контролем пятна контакта зубья колеса покрывают тонким слоем краски (суриком с маслом), затем при легком торможении передачу вращают в обоих направлениях. Пятно контакта, характеризующее правильность зацепления, должно располагаться в средней части ширины зубчатого венца без выхода на головку, ножку и концы зубьев. Для высоконагруженных передач длина пятна контакта равна примерно половине ширины зубчатого венца колеса. У скоростных передач больших ограничений в размере пятна конгакта не делают, чтобы не вызвать повышения уровня звукового давления вследствие уменьшения коэффициента перекрытия. При изготовлении точных червячных передач особое значение приобретает контроль кинематической точности в однопрофильном зацеплении. Этот метод позволяет сравнивать точность и равномерность вращательного движения контролируемой передачи с точностью и равномерностью почти идеальной исходной передачи. Измерение осуществляют с помощью двух электронных устройств: одно устанавливают на шпинделе червячного колеса, другое — на шпинделе червяка. Сравнение проводят с предварительно установленным передаточным числом. Отклонения регистрируются на графике, по которому можно определить погрешности отдельных параметров зубчатого зацепления. Контроль кинематической точности червячной передачи в сочетании с проверкой пятна контакта позволяют выявить погрешности зубчатого зацепления и иметь представление о характерно гике червячной передачи в рабочих условиях. На приборе можно контролировать боковой зазор в червячной передаче и погрешности межосевого угла.

Сборка является наиболее ответственной операцией, которая в значительной степени определяет работоспособность червячной передачи в собранном агрегате. При сборке высоконагруженных червячных передач главное внимание уделяют форме и расположению пятна контакта. Контакт проверяют после определенного периода прикатки; он должен быть таким же, как при обкатке червячной передачи на контрольном приборе перед сборкой. На этом этапе пятно контакта зависит не только от качества изготовления передачи, но и от правильности сборки передачи в корпусе и точности изготовления деталей агрегата. При сборке прежде всего нужно следить за соблюдением расстояния между осями, так как изменение межосевого расстояния существенно влияет на расположение пятна контакта. При выходе пятна контакта на кромки зубьев уменьшаются основные преимущества червячной передачи в отношении предельно допустимой нагрузки, плавности хода и равномерности вращения. Если пятно контакта расположено на одном конце обеих сторон зуба, — колесо неправильно расположено относительно оси червяка. Если пятно контакта расположено на противоположных концах зуба, причиной может быть неправильное межосевое расстояние или неправильный угол между осями колеса и червяка. Прецизионные станки для нарезания червячных колес, шлифования червяков и контрольно-измерительные приборы устанавливают в специальных термоконстантных помещениях с постоянной температурой воздуха 20°С (±0,5°С); влажность воздуха 54-58%.