Справочник от Автор24
Машиностроение

Конспект лекции
«Технология изготовления валов»

Справочник / Лекторий Справочник / Лекционные и методические материалы по машиностроению / Технология изготовления валов

Выбери формат для чтения

doc

Конспект лекции по дисциплине «Технология изготовления валов», doc

Файл загружается

Файл загружается

Благодарим за ожидание, осталось немного.

Конспект лекции по дисциплине «Технология изготовления валов». doc

txt

Конспект лекции по дисциплине «Технология изготовления валов», текстовый формат

Содержание 1. Технология изготовления валов 5 1.1. Способы получения заготовок валов 5 1.2. Типовой техпроцесс обработки ступенчатых валов в крупносерийном или массовом производстве 6 1.2.1. Обработка торцов вала и центрирование 7 1.2.2. Обтачивание валов 8 1.2.3. Отделочная обработка наружных цилиндрических поверхностей 11 1.2.2.1. Тонкое точение 11 1.2.2.2. Шлифование 12 1.2.3.3. Полирование и суперфиниш 15 1.2.4. Обработка резьбы 16 1.2.4.1. Нарезание резьбы резцами и гребенками 16 1.2.4.2. Фрезерование резьбы охватывающей резцовой головкой 18 1.2.4.3. Нарезание резьбы плашками и самораскрывающимися головками 19 1.2.4.4. Фрезерование резьбы дисковыми и гребенчатыми (групповыми) фрезами 19 1.2.4.5. Накатывание резьбы 20 2. Технология изготовления корпусных деталей 21 2.1. Технические требования к корпусным деталям 22 2.2. Предварительная обработка корпусов 23 2.3. Базирование заготовок корпусов 23 2.4. Типовой маршрут обработки корпуса 24 2.5. Обработка плоскостей корпусов 25 2.6. Обработка отверстий корпусных деталей 26 2.6.1. Оборудование для обработки отверстий 26 2.6.2. Обработка отверстий в единичном и мелкосерийном производствах 27 2.6.3. Обработка отверстий в серийном и массовом производствах 28 2.6.4. Инструменты для обработки отверстий 30 2.6.5. Условия работы многолезвийного инструмента 31 2.6.6. Отделочная обработка отверстий 33 2.7. Контроль корпусных деталей 34 3. Изготовление зубчатых колес 35 3.1. Методы обработки зубьев цилиндрических зубчатых колес 36 3.2. Основные направления повышения производительности червячного зубофрезерования 39 3.2.1. Возможности увеличения скорости главного движения резания 40 3.2.2. Возможность уменьшения длины рабочего хода фрезы 41 3.2.3. Увеличение числа заходов фрезы с целью повышения производительности 42 3.2.4. Повышение производительности зубофрезерования при использовании фрез с нестандартной геометрией режущей части 43 3.3. Возможности повышения эксплуатационных характеристик процесса червячного зубофрезерования. 44 3.4. Основные направления повышения производительности зубодолбления 46 3.5. Базирование заготовок при нарезании зубьев и обработка поверхностей, являющихся базами. 48 3.6. Отделка баз заготовок зубчатых колес после термической обработки 49 3.7. Чистовая обработка (отделка зубьев) 51 3.7.1. Шевингование зубчатых колес 51 3.7.2. Прикатывание зубчатых колес 54 3.7.3. Зубошлифование 55 3.7.4. Хонингование зубчатых колес 60 3.8. Контроль цилиндрических зубчатых колес 61 4. Изготовление конических зубчатых колес 63 4.1. Черновое нарезание конических прямозубых колес дисковыми модульными фрезами по методу копирования 63 4.2. Строгание зубьев прямозубых конических колес 65 4.3. Обработка конических прямозубых колес двумя дисковыми фрезами 66 4.4. Круговое протягивание прямых зубьев конических колес 68 4.5. Отделка конических колес с прямыми зубьями 69 4.6. Изготовление конических колес с круговыми и циклоидальными зубьями 70 4.7. Обработка баз конических зубчатых колес после термообработки 73 4.8. Шлифование круговых зубьев конических колес 74 5. Изготовление червяков и червячных зубчатых колес 76 5.1.1. 77 5.1.2. Фрезерование червяков 78 5.1.3. Накатывание витков червяка 80 5.1.4. Отделочная обработка червяков 80 5.1.5. Обработка зубьев червячных колес 82 5.1.6. Технологические аспекты выбора рационального червячного зацепления 86 6. Сборка машин 88 6.1. Методы достижения точности замыкающего звена и расчета размерных цепей 88 6.1.1. Метод полной взаимозаменяемости 89 6.1.2. Метод неполной взаимозаменяемости 91 6.1.3. Метод групповой взаимозаменяемости 92 6.1.4. Методы компенсации 93 1. Технология изготовления валов 1.1. Способы получения заготовок валов В мелкосерийном и единичном производстве, а также при изготовлении валов с незначительными перепадами ступеней, заготовки валов получают разрезанием прутков. При увеличении объема производства, а также при изготовлении валов со сложной конфигурацией и значительными перепадами диаметров ступеней заготовки целесообразно получать литьем и методами пластической деформации (ковка, штамповка, периодическая прокатка и т.п.). Это позволяет уменьшить припуски на обработку, трудоемкость и стоимость обработки резанием. Выбор способа получения заготовки производится на основании технико-экономического анализа. Иногда применение кованых и штампованных заготовок объясняется повышенными требованиями к механическим свойствам сплавов. В заготовительных цехах и отделениях обычно выполняют правку заготовок, обработку (обдирку) прутков по наружной поверхности и разрезание. Правка устраняет искривление оси заготовки, она производится на прессах или специальных станках. Для обработки наружной поверхности прутков применяют специальные станки. В кузнечно-прессовых цехах применяется резка прутков на прессах и ножницах. Эти способы высокопроизводительны, но не обеспечивают высокой точности. Торец заготовки оказывается неровным. Дисковые пилы (рис. 1.1.,а,б) режут прутки по одному и в пакете. Рис. 1.1. – Схема разрезки прутков дисковой пилой. Приводные ножовки режут прутки ножовочным полотном, которое совершает возвратно-поступательное движение. Ширина реза меньше, чем при использовании дисковых пил, что важно при разрезании дорогостоящих материалов, однако, производительность ножовок ниже. Ленточные пилы (рис. 1.2.) имеют высокую производительность, но отличаются сравнительно высокой стоимостью режущей ленты. Рис. 1.2. – Схема разрезки прутка ленточной пилой. 1.2. Типовой техпроцесс обработки ступенчатых валов в крупносерийном или массовом производстве Этот ТП включает следующие операции: 1. Обработка торцов, центрирование 2. Токарная обработка (точение) шеек валов 3. Предварительное шлифование 4. Фрезерование шпоночных пазов 5. Фрезерование шлицев 6. Обработка резьбы 7. Термообработка 8. Исправление центровых отверстий 9. Чистовое шлифование шеек вала 10. Шлифование шлицев 11. Калибрование резьбы и зачистка заусенцев 12. Промывка 13. Контроль 1.2.1. Обработка торцов вала и центрирование В единичном и мелкосерийном производствах торцы обрабатывают на токарных и фрезерных станках. Центрирование выполняется на сверлильных, токарных, револьверных и горизонтально-расточных станках. Центрирование может производиться или двумя инструментами (спиральным сверлом и зенкером), или же одним комбинированным центровочным сверлом. Угол конуса сверла обычно равен 600, однако, для тяжелых заготовок валов его увеличивают до 750 или 900. В ряде случаев у режущих инструментов выполняют дополнительную фаску с углом 1200, которая предохраняет центровое отверстие от забоин при случайном повреждении торцов вала. В серийном и массовом производствах применяют фрезерно-центровальные полуавтоматы, на которых одновременно фрезеруются 2 торца (позиция 2 на рис. 1.3.), затем центруются 2 отверстия (позиция 3). Рис. 1.3. – Схема обработки вала на фрезерно-центровальном полуавтомате. 1.2.2. Обтачивание валов Токарная обработка валов обычно включает черновые и чистовые операции. При черновом точении снимают большую часть припуска, работая с большей глубиной резания и большой скоростью движения подачи. В единичном и мелкосерийном производствах обтачивание выполняется на токарных универсальных станках. При обработке ступенчатых валов используются различные схемы резания, например, представленная на рис. 1.4. В схеме на рис. 1.4., в суммарная длина перемещения резца , т.е. меньше, чем в схеме на рис. 1.4., а. Однако, число рабочих и вспомогательных ходов больше. Рис. 1.4. – Схемы обтачивания валов При выборе схемы резания стремятся получить максимальную производительность и минимальную себестоимость операции. При этом учитывают размеры вала, способ простановки и контроля размеров, допуски и другие факторы. Иногда при большой разнице в диаметрах ступеней стремятся как можно дольше не ослаблять вал и ступени наименьшего диаметра обтачивать в последнюю очередь. При обтачивании длинных не жестких валов применяют неподвижные или подвижные люнеты. Неподвижный люнет устанавливается на станине станка. Подвижный люнет движется на суппорте и его кулачки следуют за резцом (рис. 1.5., а). Если же необходимо обеспечить соосность обработанной поверхности с поверхностью 2 (рис. 1.5., б), то кулачки люнета располагают впереди резца на поверхности. Рис. 1.5. – Схема обтачивания вала с использованием люнета В настоящее время в мелкосерийном производстве используются станки с ЧПУ. Они позволяют автоматизировать цикл обработки, использовать повышенные режимы резания, повысить производительность, применить многостаночное обслуживание, сократить дефицит высококвалифицированной рабочей силы, уменьшить брак, сократить сроки подготовки производства. В крупносерийном и массовом производствах для обтачивания валов применяют многорезцовые и гидрокопировальные станки и полуавтоматы. Обычно они имеют 2 суппорта – продольный и поперечный, служащие для подрезания торцов, растачивания канавок и фасонного точения. Суппорты могут работать одновременно. На многорезцовых станках в случае необходимости применяют обтачивание с врезанием и последующей продольной подачей (рис. 1.6., б). Рис. 1.6. – Схема обтачивания вала на многорезцовом полуавтомате По сравнению с универсальными токарными станками, многорезцовые станки позволяют повысить производительность за счет сокращения длины рабочего хода, одновременной работой резцов, а также за счет устранения затрат времени на смену резцов, поворот резцедержателя и холостые перемещения суппорта. На продольном суппорте гидрокопировального станка устанавливается 1 резец, который настраивается на размер только по одной шейке вала. Получение остальных размеров обеспечивается копиром и следящей системой. Одновременно сокращается число измерений, применяется более высокий режим резания, чем при работе с ручным включением подач. Валы обтачиваются за один или несколько рабочих ходов, при этом смена копиров производится автоматически за счет поворота барабана с копиром. В тех случаях, когда вал может быть обработан на гидрокопировальном и одношпиндельном многорезцовом полуавтомате, выбор оборудования делается на основании технико-экономического анализа. При этом учитываются следующие соображения: 1. При многорезцовом обтачивании с делением длины обработки, длина рабочего хода меньше, чем при копировальной обработки. 2. Время наладки и подналадки гидрокопировальных станков значительно меньше, чем для многорезцовых станков. 3. Количество резцов и режимы резания на многорезцовых станках часто ограничиваются податливостью заготовки и недостаточной мощностью станка. На гидрокопировальном станке можно работать с большими скоростями подачи главного движения резания. 4. В связи с изложенным производительность гидрокопировальных станков во многих случаях выше. 5. На точность многорезцовой обработки влияют погрешности относительного расположения и неодинаковый износ резцов. При обработке одной поверхности несколькими резцами на границах участков образуются уступы. На гидрокопировальных станках эти погрешности отсутствуют, поэтому удается получать более высокую точность размеров и меньшую шероховатость. 1.2.3. Отделочная обработка наружных цилиндрических поверхностей Для отделочной обработки наружных цилиндрических поверхностей применяют тонкое точение, шлифование, полирование, притирку, суперфиниш, обтачивание роликами и т.п. 1.2.2.1. Тонкое точение Тонкое точение чаще применяется для отделочной обработки заготовок из цветных металлов и сплавов, реже для заготовок из стали и чугуна. Объясняется это трудностями шлифования цветных сплавов вследствие «засаливания» шлифовального круга. Обработка производится алмазными, композитными, металлокерамическими резцами и резцами, оснащенными твердыми сплавами, при высоких скоростях главного движения резания, малых скоростях движения подач и глубинах резания. Тонкое точение позволяет получить 6…7 квалитет точности обработки и шероховатость поверхности мкм. Производительность обработки выше, чем при шлифовании. В крупносерийном и массовом производствах для тонкого точения применяют специальные быстроходные станки высокой точности и виброустойчивости. 1.2.2.2. Шлифование Оно является основным методом чистовой обработки наружных цилиндрических поверхностей. Преимуществами шлифования является возможность исправления погрешностей заготовки после термообработки. При обычном тонком шлифовании осуществляется обработка по 6-7 квалитету точности, при шероховатости поверхности 1,2…0,3 мкм. Тонкое шлифование дает 5 квалитет точности и шероховатость 0,16…0,8 мкм. Оно осуществляется малозернистым кругом при большой скорости его вращения, малой скорости вращения заготовки, малой глубине резания. Шлифование осуществляется на кругло- и бесцентрошлифовальных станках с продольной подачей круга или по способу вращения (рис. 1.7.) А – с продольной подачей; Б, В – по способу (методу) вращения Рис. 1.7. – Схема шлифования на кругло-шлифовальном станке: Шлифование по способу вращения более производительно, применяется в крупносерийном и массовом производстве при обработке цилиндрических и фасонных поверхностей. Для одновременного шлифования нескольких шеек используются специальные станки, работающие несколькими кругами с целью сокращения вспомогательного времени при шлифовании, применяются устройства активного контроля, позволяющие измерять заготовки в процессе шлифования, а также устройства автоматической остановки станка при достижении заданного размера. При бесцентровом шлифовании (рис. 1.8.) заготовка помещается между двумя шлифующими кругами, из которых один (большего диаметра) является шлифующим, а с другой – ведущим. Рис. 1.8. – Схема бесцентрового шлифования Шлифующий круг 1 вращается со скоростью 20-35 м/с, ведущий круг 2 – со скоростью 20-30 м/мин. Заготовка 3 ничем не закрепляется, но поддерживается опорой 4 со скосом, направленным в сторону ведущего круга. Сила сцепления заготовки с ведущим кругом больше, чем со шлифующим. Это объясняется следующими причинами: 1. Увеличение силы резания при уменьшении скорости вращения круга 2. Изготовление ведущих кругов на связи, увеличивающей коэффициент трения между кругом и заготовкой. За счет сцепления с ведущим кругом заготовка вращается с окружной скоростью, которая меньше окружной скорости ведущего круга всего на 1-3%. При бесцентровом шлифовании с продольным движением подачи заготовки ось ведущего круга не параллельна оси шлифующего круга. Благодаря этому без специального механизма подачи обеспечивается перемещение заготовки со скоростью где - скорость вращения ведущего круга. С увеличением угла скрещивания осей кругов производительность обработки возрастает, но качество поверхности ухудшается, поэтому обычно . Для повышения точности обработки иногда выполняют сквозное шлифование за несколько рабочих ходов. В крупносерийном и массовом производствах обработка может выполняться последовательно на нескольких станках, соединенных в автолинию. При бесцентровом шлифовании по способу врезания оси кругов чаще всего параллельны. Сначала ведущий круг отводится от шлифующего, и заготовка устанавливается на опору, затем ведущий круг подводится к заготовке и осуществляется поперечная подача до получения заданного размера. По сравнению со шлифованием в центрах бесцентровое шлифование имеет следующие преимущества: 1. Отпадает необходимость центрирования заготовки, что особенно важно для деталей, обрабатываемых на револьверных станках и автоматах; 2. Значительно уменьшаются припуски на обработку, т.к., благодаря использованию в качестве технологической базы обрабатываемой поверхности, устраняется влияние на припуск погрешности зацентровки; 3. Отпадает необходимость использования люнетов при шлифовании длинных и тонких валов; 4. Бесцентрошлифовальные станки сравнительно легко автоматизируются и встраиваются в автолинию; 5. Обеспечивается более высокая производительность, чем при шлифовании в центрах; 6. Благодаря простоте управления станком, высокая точность достигается при средней квалификации шлифовщика; 7. Погрешность обработки, вызываемая износом круга, в 2 раза меньше, чем при шлифовании в центрах, т.к. износ круга непосредственно отражается на величине диаметра заготовки, а не на величине радиуса. В то же время бесцентровое шлифование имеет определенные недостатки: 1. Затраты времени на наладку и регулировку таких станков достаточно велики и окупаются при больших партиях заготовок. Поэтому бесцентровое шлифование чаще всего применяют в автотракторной и подшипниковой промышленности. 2. шпоночные пазы, канавки, отверстия, разрывы обрабатываемой поверхности препятствуют нормальной работе и даже делают её невозможной. 3. При бесцентровом шлифовании трудно обеспечить круглость обрабатываемой поверхности. 4. Затрудняется достижение соосности шлифуемой поверхности с другими ранее обработанными поверхностями. 1.2.3.3. Полирование и суперфиниш Полирование мягкими кругами из войлока, фетра или лентой ведется при высоких скоростях инструмента, на поверхность которого наносится смесь мелкозернистого абразивного порошка и смазки. Полирование обеспечивает малую шероховатость поверхности (мкм), но не изменяет точность размеров и форму. Суперфиниш (отделка колеблющимися брусками) реализует принцип неповторяющегося следа, который заключается в том, что ни одно зерно абразива не проходит дважды по одному и тому же пути. Для этого, кроме вращающейся заготовки, с небольшой скоростью (1-2,5 м/мин) и продольного перемещения брусков (рис. 1.9.) им сообщают от 200 до 1000 колебаний в минуту с малой амплитудой. За счет колебательных движений, малой зернистости брусков и малого давления обеспечивается малая шероховатость заготовки ( мкм). Рис. 1.9. – Схема обработки вала абразивными брусками. Процесс ведется с применением смазочно-охлаждающей жидкости и протекает следующим образом: в начальный момент площадь контакта брусков с обрабатываемой поверхностью мала и давление бруска оказывается значительным, что вызывает интенсивный съём металла. В дальнейшем бруски прирабатываются, давление уменьшается, и процесс резания теряет свою интенсивность. Суперфиниш не улучшает макрогеометрию заготовки, поэтому предварительная обработка должна обеспечить правильную геометрическую форму детали. Припуск под суперфиниш обычно не оставляют. 1.2.4. Обработка резьбы 1.2.4.1. Нарезание резьбы резцами и гребенками При нарезании резьбы на токарных станках заготовке сообщают вращение, а резцу – перемещение вдоль оси заготовки с подачей на оборот, равной шагу резьбы. Точность шага определяется точностью кинематической цепи станка, а точность профиля резьбы – точностью заточки и установки резца. Поэтому в процессе обработки токарь обычно контролирует ?????????????????????. При нарезании резьбы за несколько рабочих ходов движение поперечной подачи резца может осуществляться, например, по схемам, показанным на рис. 1.10. (а,б). При использовании схемы (а) обеспечивается лучшее качество обработанной поверхности, а при работе по схеме (б) упрощается форма срезаемого слоя, облегчается процесс резания и удаления стружки. Поэтому иногда черновую обработку выполняют по схеме (б), а последний слой срезают по схеме (а). Рис. 1.10. – Схемы резания при обработке резьбы. При нарезании резьбы одним резцом за несколько рабочих ходов его режущая кромка быстро притупляется и её форма искажается, поэтому рекомендуется для нарезания резьб с крупным шагом использовать 2 резца – черновой и чистовой, или же применять резьбонарезные гребенки. Благодаря уменьшению числа рабочих ходов, гребенки обеспечивают повышение производительности обработки. Недостатком стандартных гребенок является то, что их нельзя использовать для работы «в упор», т.е. для нарезания резьб, расположенных рядом с шейками большего диаметра. Обработка резьбы на токарных станках производится обычно в следующих случаях: 1. При нарезании резьбы на заготовках, предварительно обточенных на том же станке, т.к. при этом сокращается вспомогательное время и повышается точность относительного расположения поверхностей. 2. При изготовлении точных длинных винтов. 3. При нарезании резьб большого диаметра или нестандартного шага и профиля, если приобретение специального высокопроизводительного инструмента не оправдывается из-за малого объема выпуска. 4. При нарезании прямоугольных резьб. Преимуществом нарезания резьбы на токарном станке является простота инструмента и сравнительно высокая точность. Недостатками – низкая производительность и зависимость точности обработки от квалификации рабочего, которая должна быть достаточно высокой. Увеличение производительности резьбонарезания за счет увеличения скорости главного движения резания во многих случаях оказывается затруднительным из-за сложности быстрого отвода резца, обрабатывающего резьбу, примыкающую к уступу. В крупносерийном и массовом производствах резьбу часто нарезают на специальных полуавтоматах, обеспечивающих автоматизацию цикла многоходовой обработки. В мелкосерийном производстве целесообразно использовать станки с ЧПУ. 1.2.4.2. Фрезерование резьбы охватывающей резцовой головкой Нарезание резьбы охватывающей головкой производится на токарно-винторезных и резьбофрезерных станках. Твердосплавные резцы 1 (рис. 1.11.) закрепляются в резцовой головке и вращаются со скоростью 150-450 м/мин. Головка устанавливается под углом к оси заготовки в соответствии с углом подъема резьбы и за каждый оборот медленно вращающейся заготовки перемещается вдоль её оси на величину шага. Наибольший эффект достигается при обработке крупных резьб. Рис. 1.11. – Схема нарезания резьбы охватывающей головкой. 1.2.4.3. Нарезание резьбы плашками и самораскрывающимися головками При нарезании резьбы на токарно-револьверных и агрегатных станках в качестве инструмента могут использоваться плашки. Держатели плашек позволяют инструменту свободно перемещаться на небольшую величину или, как говорят, самоустанавливаться в продольном направлении. Это исключает срыв резьбы при несовпадении скорости движения плашкодержателя вдоль оси заготовки и скорости навинчивания плашки на заготовку. Основной недостаток плашек – необходимость свинчивания их после окончания нарезания резьбы, что снижает производительность и качество обработки. При обработке резцовыми самораскрывающимися головками свинчивания не требуется и производительность значительно повышается. 1.2.4.4. Фрезерование резьбы дисковыми и гребенчатыми (групповыми) фрезами Фрезерование дисковыми фрезами (рис. 1.12.) применяется для обработки крупных резьб при достаточно больших объемах выпуска. При этом обработка выполняется за 1-3 рабочих хода. Заготовка медленно поворачивается, а вращающаяся со скоростью главного движения фреза перемещается вдоль её оси с подачей на оборот, равной шагу резьбы. Рис. 1.12. – Схема фрезерования резьбы. По сравнению с точением преимуществом фрезерования является более высокая производительность, возможность многостаночного обслуживания и использования рабочего невысокой квалификации. Фрезерование гребенчатыми (групповыми) фрезами применяется для получения коротких наружных и внутренних резьб с мелким шагом. В отличие от обработки резьб дисковой фрезой оси гребенчатой фрезы и заготовки параллельны (рис. 1.13.). Длина фрезы обычно на 2-3 шага превышает длину резьбового участка заготовки. Рис. 1.13. – Схема фрезерования резьбы гребенчатой фрезой. В начале обработки вращающаяся фреза перемещается в радиальном направлении и врезается в заготовку на глубину профиля резьбы. При этом за 1 оборот заготовки фреза перемещается вдоль оси на шаг резьбы (движение подачи ). Фрезерование происходит за 1,2 оборота заготовки. Причем вначале обработки 0,2 оборота необходимы для врезания фрезы, а в конце – для зачистки следов врезания. 1.2.4.5. Накатывание резьбы Накатывание резьбы применяется в крупносерийном и массовом производствах. Помимо высокой производительности метод позволяет получить благоприятную упрочненную поверхностную структуру металла, т.к. волокна материала пластически деформируются, а не перерезаются. Резьба накатывается плоскими плашками или накатными роликами. На плоских плашках (рис. 1.14.) имеется прямолинейная резьба (развертка резьбы) с такими же профилем и углом подъема как и у накатываемой резьбы. Резьба накатывается за один двойной ход ползуна. Число двойных ходов в минуту достигает 280. Рис. 1.14. – Схема накатывания резьбы плашками. Накатывание резьбы одним роликом применяется на токарных и револьверных станках и автоматах из-за односторонней радиальной силы. В этом случае возможен изгиб заготовки. Поэтому большее распространение получило накатывание резьбы двумя роликами с радиальным движением подачи (рис. 1.15.). Накатывание резьбы может также производиться двумя-четырьмя роликами с продольной подачей при постоянном межосевом расстоянии. По производительности накатывание роликами обычно уступает накатыванию плашками. Рис. 1.15. – Схема накатывания резьбы роликами. 2. Технология изготовления корпусных деталей Заготовки корпусных деталей чаще всего отливают из чугуна и алюминиевых сплавов, реже из стали или других литейных сплавов. Широко применяется литье в песчано-глинистые формы, кокиль, оболочковые формы, под давлением. Реже – литье по выплавляемым моделям. В качестве исходных заготовок используют поковки. Находит применение и сварка стальных заготовок. 2.1. Технические требования к корпусным деталям При изготовлении корпусных деталей необходимо обеспечить: 1. Правильность формы 2. Малую шероховатость ( мкм) 3. Точность взаимного расположения основных баз деталей. Так, для привалочных плоскостей допуск прямолинейности равен 0,05…0,2 мм, шероховатость 2. Малую шероховатость 3. Правильность расположения отверстий относительно основных баз деталей, т.е. точность координат осей отверстий, параллельность и перпендикулярность осей базовым плоскостям и т.д. 4. Правильность расположения отверстий друг относительно друга (параллельность и перпендикулярность осей, межосевые расстояния и т.д.). Например, допуски параллельности осей отверстий и перпендикулярности торцовых поверхностей к осям отверстий обычно составляют от 0,02 до 0,05 мм соответственно на 100 мм длины или радиуса. Требования к точности межосевых расстояний устанавливаются по стандартам и условиям обеспечения нормальной работы зубчатых передач (обычно 7-8 степени точности). Точность формы, размеров и малая шероховатость отверстий необходимы для повышения износостойкости уплотнений и долговечности подшипников качения, для уменьшения потерь на трение, утечек жидкости и газа. 2.2. Предварительная обработка корпусов Перед отправкой отливок и поковок в механический цех удаляют облой, литники и прибыли. Для этого используют обрезные прессы, фрезерные, шлифовальные, ленточно-отрезные и другие станки, сварочные аппараты, пневматические молотки, зубила и другие средства производства. Кроме того, производят очистку, термическую обработку, предварительную покраску, грунтовку и контроль заготовки. При очистке удаляют остатки пригоревшей формовочной смеси и мелкие неровности для того, чтобы улучшить внешний вид детали, повысить стойкость наносимой краски, увеличить стойкость режущего инструмента при последующей обработке. Очистка производится стальными щетками, иглофрезами, травлением серной кислотой с последующей промывкой, обдувкой дробью, водой с крупнозернистым керамзитом и содой. Термическую обработку (низкотемпературный отжиг отливок из серого чугуна) выполняют для снятия остаточных напряжений и улучшения обрабатываемости отливок. Окраску производят кистью, окунанием, пульверизатором или в специальных установках. На передовых предприятиях используют окрасочные роботы с ЧПУ. Окраска необрабатываемых поверхностей отливок после старения связывает остатки формовочной смеси и исключает в дальнейшем её попадание на поверхности трения. 2.3. Базирование заготовок корпусов При выборе черновых баз необходимо: 1. Обеспечить равномерность припусков на обработку отверстий 2. Избежать касания внутренних поверхностей корпуса и деталей большого диаметра (зубчатых колес, маховиков, муфт). Для этого часто на первых операциях заготовки базируют по основному отверстию или двум возможно более удаленным отверстиям, т.к. внутренняя полость корпуса и получаемые в отливке отверстия базируются с помощью общего стержня или связанных друг с другом стержней. Установка осуществляется: 1. В приспособлениях с конусами (рис. 2.1.). С помощью кулачковых или плунжерных оправок, которые закрепляются в отверстиях заготовки вместе с нею, выступающими шейками устанавливаются на призмы и другие опорные приспособления. Рис. 2.1. – Схема базирования корпуса по коническим оправкам Рис. 2.2. – Схема базирования корпуса по разжимной оправке 2.4. Типовой маршрут обработки корпуса Обработка неразъемных корпусов включает следующие этапы: 1. Обработку баз, например, плоскости и двух отверстий 2. Обработку наружных поверхностей, например, плоскостей, параллельных и перпендикулярных установочной базе 3. Обработку основных отверстий 4. Обработку крепежных, смазочных и других отверстий. Этапы могут включать черновые и чистовые операции. Это позволяет: 1. Уменьшить влияние на точность деформаций заготовки в результате перераспределения остаточных напряжений. 2. Поддерживать длительное время высокую точность станков для чистовой обработки. Однако, от разделения процесса на черновые и чистовые операции часто отказываются с целью повышения производительности и сокращения производственного цикла, возможности обработки заготовки за один установ. Это позволяет сократить потери времени на перемещение и установку заготовки, уменьшить погрешности обработки, связанные с переустановкой заготовки. При изготовлении разъемных корпусов (например, корпусов редукторов экскаваторов) перед обработкой основных отверстий и некоторых плоскостей необходимо обработать поверхности разъема у отдельных частей корпуса, крепежные отверстия для их соединения, собрать корпус, обработать отверстия под контрольные штифты и установить их. В единичном производстве корпуса иногда обрабатывают на универсальных станках с выверкой по разметочным рискам. Поэтому перед механической обработкой такие корпуса размечают. 2.5. Обработка плоскостей корпусов Плоскости корпусов обрабатывают строганием, фрезерованием, протягиванием, точением и шлифованием. Строгание плоскостей на продольно-строгальных станках применяют в единичном производстве. Недостатком строгания является низкая производительность, преимуществом – простота и невысокая стоимость инструмента. Чаще всего плоскости корпусов обрабатывают фрезерованием. В единичном и мелкосерийном производствах небольших корпусов применяют консольно-фрезерные станки с поворотными столами, позволяющими обрабатывать в один установ заготовку с четырех сторон. Более тяжелые заготовки обрабатывают на бесконсольных фрезерных станках. В серийном производстве корпуса призматической формы обрабатывают на многошпиндельных продольно-фрезерных станках с использованием многоместных приспособлений. В крупносерийном и массовом производстве плоскости фрезеруют на карусельно- и барабанно-фрезерных станках непрерывного действия. При черновой обработке плоскостей эффективно применение обдирочного шлифования торцом сборного сегментного круга со снятием припуска до 5 мм. Торцовые поверхности корпусов, имеющих конфигурацию тел вращения, обрабатывают резцами на токарно-карусельных или расточных станках, на многорезцовых и многошпиндельных токарных полуавтоматах. Плоскости небольших корпусов протягивают на вертикально-протяжных станках. При этом обеспечивается параметр шероховатости мкм, допуск плоскостности 5 мкм на длине 300 мм и точность размеров по 7 квалитету. Черновое и чистовое торцовое фрезерование обеспечивает допуск плоскостности 0,03 мм на длине 300 мм и точность размеров по 11 квалитету при параметре шероховатости мкм. Для достижения более высокой точности применяют чистовое шлифование и тонкое фрезерование плоскостей, а в единичном и мелкосерийном производствах – шабрение. Ранее на заводах находило применение также тонкое строгание. 2.6. Обработка отверстий корпусных деталей 2.6.1. Оборудование для обработки отверстий В единичном и серийном производствах обработка небольших основных и вспомогательных отверстий может выполняться на вертикально- и радиально-сверлильных станках. Последние используют обычно при массе заготовки свыше 30 кг. Для уменьшения потерь времени на замену последовательно работающих инструментов применяют быстросменные патроны и оправки, устанавливают на шпиндель станка револьверные головки. При увеличении объема выпуска применяют вертикально-сверлильные станки с поворотными столами и многошпиндельные насадки. На радиально-сверлильных станках поворот заготовки осуществляется с помощью специальных приспособлений – кантователей. Корпуса фланцевого типа обрабатывают на токарно-карусельных и токарно-револьверных станках, а заготовки коробчатой формы – на расточных станках. В крупносерийном и массовом производствах эффективно применение агрегатных станков и автоматических линий. Чистовая и отделочная обработка точных отверстий в единичном и мелкосерийном производствах выполняется на координатно-расточных и круглошлифовальных станках. В крупносерийном и массовом производствах – на отделочно-расточных и хонинговальных. В настоящее время в серийном производстве получили распространение станки с ЧПУ, в т.ч. и обрабатывающие центры с автоматической сменой инструмента. Станки с ЧПУ расширяют возможности многостаночного обслуживания, уменьшают потребность в высококвалифицированной рабочей силе, повышают качество обработки за счет оптимизации режимов резания, увеличения скорости вспомогательных ходов, концентрации переходов, устранения многих ошибок субъективного характера и т.д. В крупносерийном и массовом производствах могут использоваться гибкие автоматические линии (ГАЛ) из модулей, имеющих несколько шпиндельных головок для обработки заготовок с разных сторон. При этом должна обеспечиваться возможность автоматической смены головок и передачи заготовок по гибкому маршруту. 2.6.2. Обработка отверстий в единичном и мелкосерийном производствах В единичном и мелкосерийном производствах заготовку устанавливают на столе станка с выверкой, добиваясь того, чтобы основные базы или оси размеченных отверстий были параллельны оси шпинделя. На современных станках для этого используют датчики касания. В шпиндель вставляют инструмент или консольную оправку с режущим инструментом, совмещают оси шпинделя и одного отверстия и производят обработку. Затем, используя механизмы и отсчетные устройства станка, последовательно совмещают ось шпинделя с осями других отверстий и выполняют их обработку. Для растачивания отверстий в удаленных стенках и при обработке отверстий со взаимно перпендикулярными осями стол станка поворачивают соответственно на 1800 или 900. Менее удобно применение длинных () оправок, т.к. они нуждаются в дополнительной опоре. Точность растачивания зависит от схемы обработки, жесткости оправок, состояния станка, квалификации и внимательности рабочего. 2.6.3. Обработка отверстий в серийном и массовом производствах В серийном и массовом производствах отверстия корпусов обрабатывают в кондукторах – приспособлениях с кондукторными втулками для направления инструмента. Положение оси инструмента определяется кондуктором, и точность координат оси отверстия почти не зависит от точности станка, поэтому сравнительно высокую точность координат удается получить даже на изношенных станках. При предварительной наладке инструмента точность обработки не зависит и от квалификации рабочего. Инструмент может быть жестко связан со шпинделем или иметь возможность небольшого поступательного перемещения и/или поворота относительно него. При жесткой связи используются 2 схемы расположения кондукторных втулок (рис. 2.3.). Рис. 2.3. – Схема обработки отверстия с использованием кондуктора. Преимуществом схемы «а» является простота конструкции приспособления, меньшая длина инструмента, простота обслуживания станка. Недостатками – меньшая жесткость системы и производительность обработки. При жесткой связи необходимо точно совместить оси шпинделя и отверстия кондукторной втулки, поэтому такую связь чаще всего используют при обработке на вертикально- и радиально-сверлильных станках, где совмещение осей не вызывает затруднений. При относительно свободном (шарнирном) соединении инструмента со шпинделем также возможны 2 схемы расположения кондукторных втулок, направляющих одну оправку, - с разных сторон от заготовки или с одной стороны (рис. 2.4.). Преимуществом первой схемы являются: увеличенная жесткость системы, повышенная точность обработки, меньшие габариты станка и приспособления. Однако, при этой схеме возрастает длина вспомогательных ходов, увеличивается длина и масса инструментов, затрудняется ввод инструмента в кондуктор и обслуживание станка. Тип кондуктора и компоновка специальных агрегатных расточных станков выбираются на основании технико-экономического анализа, при котором в первую очередь учитываются требования точности детали. Необходимость направления инструмента усложняет конструкцию приспособления. На современных координатно-расточных станках с программным управлением, благодаря жесткой конструкции станка, обработка отверстий производится без направления инструмента. Это уменьшает потребность в специальных инструментах, упрощает обслуживание и подготовку производства. Рис. 2.4. – Схема растачивания отверстий «плавающим» инструментом. 2.6.4. Инструменты для обработки отверстий В качестве режущих инструментов при обработке небольших отверстий используют сверла, зенкеры, развертки, цековки и зенковки. Отверстия средних и больших диаметров получают обычно в исходных заготовках, а затем обрабатывают резцами, расточными пластинами и блоками, зенкерами, развертками и резцовыми головками. Наиболее часто используют резцы, которые просты, относительно недороги, позволяют добиться прямолинейности и правильности положения оси отверстия. Недостатками при использовании резцов являются: 1. Неуравновешенная радиальная сила резания, изгибающая оправку, и, как следствие, увеличенный износ кондукторных втулок; 2. Меньшая производительность, чем при обработке многолезвийным инструментом. Выбор состава переходов и инструментов определяется размерами и формой отверстия, требованиями к точности обработки, качеством исходных заготовок и другими конкретными условиями. Например, в серийном производстве обработка отверстия в отливке включает черновое зенкерование или растачивание (), получистовое растачивание или зенкерование (), предварительное и чистовое развертывание (,). 2.6.5. Условия работы многолезвийного инструмента Пусть многолезвийный инструмент направляется шпинделем станка с кондуктором, кроме того, он стремится занять такое положение, при котором его ось совпадала бы с осью ранее полученного отверстия заготовки. Это приводит к уводу оси инструмента, т.е. смещению оси инструмента и обработанного отверстия относительно оси вращения шпинделя. Чем меньше главный угол в плане (рис. 2.5.), тем больше радиальная составляющая силы резания, тем больше увод. Рис. 2.5. – Схема обработки отверстия многолезвийным инструментом. При очень малых значениях инструмент может полностью направляться обрабатываемым отверстием. Для использования этого эффекта нужно полностью освободить инструмент от связи. Примером такого освобожденного или «плавающего» инструмента являются ручные развертки, плавающие пластины, качающиеся развертки (рис. 2.6.). Рис. 2.6. – Схема «плавающего» инструмента. Припуски, удаляемые плавающим инструментом с диаметрально противоположных участков обрабатываемой поверхности, имеют одинаковую толщину, что облегчает достижение высокой точности диаметральных размеров, круглости и малой шероховатости поверхности отверстий. В то же время «плавающие» инструменты не исправляют координаты, увод и искривление осей отверстия. Эти ошибки устраняют жестко направленные инструменты. Для улучшения условий их работы рекомендуется: 1. Увеличивать главные углы в плане . Например, у зенкеров и пластин, которые применяют при необходимости врезания со стороны наклонной поверхности, при неравномерном припуске и т.п. угол в плане . 2. Стремиться к совпадению оси обрабатываемого отверстия с осью шпинделя, поэтому предпочтительно вести обработку в один установ. 2.6.6. Отделочная обработка отверстий Отделочная обработка отверстий выполняется тонким растачиванием, хонингованием, внутренним шлифованием, поверхностным растачиванием, доводкой. Тонкое растачивание и шлифование позволяет получить точность диаметральных размеров по 7 квалитету, шероховатость мкм, высокую точность расположения оси отверстия. Тонкое растачивание выполняется на специальных отделочно-расточных станках. Для шлифования отверстий корпусных деталей используются станки с круговым движением подачи инструмента (1) при неподвижной заготовке (2) (рис. 2.7.). Рис. 2.7. – Схема шлифования отверстия в корпусе. После развертывания или тонкого растачивания отделка отверстия осуществляется хонинговальной головкой с абразивными брусками (рис. 2.8.). Рис. 2.8. – Схема хонингования отверстия Хонингование исправляет овальность и конусность отверстия, позволяет получить точность диаметра по 6 квалитету, шероховатость поверхности мкм и менее. По сравнению со шлифованием хонингование имеет следующие преимущества: 1. На многошпиндельных станках можно одновременно хонинговать несколько отверстий. 2. Отсутствует отжим инструмента неуравновешенной радиальной силой и легче достигается точность формы отверстия. 3. Отсутствуют вибрации при обработке. 4. Возможна обработка глубоких отверстий. Однако, хонинговальная головка является плавающим инструментом и не может исправить положение отверстия. Недостатком хонингования является высокая стоимость современных хонинговальных станков. Альтернативой хонингования может служить так называемое «алмазное развертывание» - обработка притиром с нанесенным на него методом гальваностегии абразивом. Обработка осуществляется на любом станке с вращающимся шпинделем. Погрешность формы при обработке деталей холодильника «Минск» (компрессора) не превышает 1 мкм. 2.7. Контроль корпусных деталей На рис. 2.9. представлена схема контроля соосности отверстий. Для уменьшения погрешности измерения, вызываемой зазорами между оправкой и отверстием детали, применяют втулки с очень малой конусностью, ступенчатые втулки, втулки с гидропластом. При большом расстоянии между стенками корпуса используют оптические методы контроля. Рис. 2.9. – Схема контроля отверстия В настоящее время все большее применение находит контроль корпусов с применением координатно-измерительных машин (КИМ). 3. Изготовление зубчатых колес В машиностроении и приборостроении производство зубчатых колес занимает особое место. Это объясняется сложностью их изготовления и в первую очередь сложностью формообразования зубьев. Поэтому технология зубообработки является в большинстве случаев решающим фактором, определяющим эксплуатационные характеристики передач. Зубчатые колеса представляют собой тела вращения, конструктивно оформленные в виде дисков со ступицей или без нее или в виде валов (рис. 3.1.). Рис. 3.1. – Зубчатые колеса В каждом конкретном случае ТП изготовления цилиндрических зубчатых колес определяется факторами: размерами, формой, материалом, объемом выпуска, точностью и т.д. Однако, независимо от этого ТП изготовления цилиндрических зубчатых колес состоит из: 1. Токарная обработка. При изготовлении незакаленных зубчатых колес на этом этапе производится обработка поверхностей вращения и плоскостей с размерами, указанными на чертеже. 2. Обработка зубьев. При изготовлении незакаленных зубчатых колес на этом этапе обеспечивается точность зубчатого венца, заданная на чертеже. 3. Термообработка. 4. Отделка баз. 5. Отделка боковых поверхностей зубьев. Методы токарной обработки поверхностей вращения были рассмотрены ранее. В этом разделе изложены вопросы по технологии формирования зубчатых венцов. 3.1. Методы обработки зубьев цилиндрических зубчатых колес Большинство способов формообразования зубьев основаны на принципе воспроизведения при обработке зацепления двух колес, одно из которых является производящим. Вместо производящего колеса в станочном зацеплении часто используют производящую рейку. Форма исходного и исходного производящего контура определяет технологичность зубчатых колес и зуборезного инструмента. Наиболее просто изготовить зубчатое колесо, если исходный контур имеет трапецеидальную форму (рис. 3.2.). Рис. 3.2. – Исходный контур по ГОСТ 13755-81 Методы формообразования зубьев колес, в которых используется принцип воспроизведения зацепления, называется методом обката или огибания. В процессе вырезания впадины зубчатого колеса осуществляется качение без скольжения делительной окружности заготовки колеса по начальной прямой производящей рейки (рис. 3.3.). Значительно реже используются методы формообразования зубьев фасонными инструментами: дисковыми или пальцевыми модульными фрезами или шлифовальными кругами. Профиль этих инструментов (рис. 3.4.) соответствует профилю впадины зубчатого колеса. В процессе обработки заготовка неподвижна, обработка осуществляется по методу копирования с единичным делением. Рис. 3.3. – Схема станочного зацепления Рис. 3.4. – Схема обработки зубьев по методу копирования При обработке зубьев цилиндрических зубчатых колес по методу обката наибольшее распространение получили процессы червячного зубофрезерования и зубодолбления. Червячная фреза – червяк, снабженный режущими кромками. В процессе работы фреза зацепляется с нарезаемым колесом. Принципиальная схема зубофрезерного станка показана на рис. 3.5. Рис. 3.5. – Схема зубофрезерного станка. 1 – Червячная фреза, 2 – Заготовка, 3 – Делительный червяк, 4 – Делительное колесо, 5 – Цепь деления. Цепь деления, связывающая вращение червячной фрезы 1 и заготовки 2, настраивается так, чтобы одному обороту фрезы соответствовала оборота заготовки, где - число заходов червячной фрезы, - число зубьев нарезаемого колеса. Зубодолбление основано на воспроизведении зацепления пары цилиндрических колес, одно из которых материализуется режущими кромками долбяка. Принципиальная схема зубодолбежного станка представлена на рис. 3.6. Цепь деления настраивается так, чтобы при повороте заготовки 1 на 1 зуб (на ) долбяк 2 также поворачивался на 1 зуб (). Рис. 3.6. – Принципиальная схема зубодолбежного станка 1 – Заготовка, 2 – Долбяк, 3 – Червячная делительная передача, 4 – Червячная передача привода инструмента, 5 – Цепь деления, 6 – Штоссель. Производительность процесса зубофрезерования и зубодолбления при обработке колес средних модулей (m=2,5…4) и при использовании стандартных инструментов примерно одинакова – 10-15 сек/зуб. Однако, процесс червячного зубофрезерования имеет более значительные резервы повышения производительности, чем зубодолбление. Вследствие этого процесс зубофрезерования полчил большее распространение. Зубодолбление применяют в основном для нарезания зубчатых реек, колес с закрытыми венцами (блоки шестерен), колес с внутренними зубьями и шевронных зубчатых колес. 3.2. Основные направления повышения производительности червячного зубофрезерования Пути повышении производительности червячного зубофрезерования можно проанализировать, рассмотрев формулу для определения основного времени: (1) где b – ширина зубчатого венца - путь врезания фрезы - перебег фрезы - число зубьев заготовки - диаметр фрезы - осевая подача фрезы на оборот заготовки - число заходов фрезы - скорость главного движения резания Как видно из формулы (1), повысить производительность зубофрезерования можно за счет увеличения скоростей главного движения резания и движения подачи, уменьшения длины рабочего хода фрезы, увеличение числа его заходов. 3.2.1. Возможности увеличения скорости главного движения резания Универсальным средством повышения скорости главного движения резания является улучшение свойств инструментальных материалов. Для червячных фрез это направление может быть реализовано за счет применения высококачественных быстрорежущих сталей и твердых сплавов. Практически используется только первое направление. Червячные фрезы изготавливают из сталей, легированных молибденом, кобальтом, ванадием (Р6М5К5, Р6К10, Р9М4К8, Р9К5, Р8М3К6С и т.д.), эксплуатируются при скоростях главного движения 70 м/мин, что в 2 раза выше по сравнению с обычной быстрорежущей сталью (Р6М5, Р9). Что же касается оснащения червячных фрез твердым сплавом, то это направление не нашло широкого применения по ряды причин, основными из которых являются: - трудности, связанные с изготовлением и заточкой таких фрез, - большинство серийных зубофрезерных станков не рассчитаны на скорости главного движения, при которых работает твердый сплав, - твердый сплав обладает значительно меньшей прочностью, чем быстрорежущая сталь, что может привести к выкрашиванию режущих кромок в процессе его эксплуатации, - стоимость фрез. 3.2.2. Возможность уменьшения длины рабочего хода фрезы При обработке штучных заготовок весьма значительными могут быть затраты на врезание инструмента, в таких случаях рекомендуется осуществлять обработку комбинированным движением подачи: радиальным – для врезания и продольным – для основной обработки (рис. 3.7, а). Длина рабочего хода при таком цикле обработки не зависит от диаметра инструмента, что является весьма важным при использовании червячных фрез большого диаметра. Применение червячных фрез большого диаметра при сравнительно малой ширине зубчатого венца дает возможность осуществлять обработку без продольной подачи, т.е. использовать принцип наикратчайшего рабочего хода (рис. 3.7., б). Рис. 3.7. – Схема зубонарезания а – при комбинировании радиальной и осевой подачи; б – при радиальной подаче Однако, при работе без продольной подачи по дну впадины и на боковых сторонах зубьев образуется вогнутость, что позволяет использовать данный способ лишь для изготовления колес невысокой степени точности или для предварительной обработки, например, под последующее шевингование зубьев. Уменьшение длины рабочего хода в расчете на одну заготовку достигается также при обработке зубчатых колес «пакетом». 3.2.3. Увеличение числа заходов фрезы с целью повышения производительности Для повышения производительности зубофрезерования можно использовать многозаходные фрезы. Однако, при этом следует учитывать неизбежность увеличения огранки профиля зуба колеса и тенденцию к снижению точности обработки вследствие уменьшения числа резов при профилировании боковой стороны зубьев. Увеличивая диаметр фрезы и соответственно число её зубьев, можно компенсировать этот недостаток, но увеличение диаметра инструмента снижает производительность. Однако, следует учитывать, что снижение производительности за счет увеличения диаметра фрезы протекает медленнее, чем увеличение производительности за счет увеличения числа заходов, поэтому червячные многозаходные фрезы большого диаметра следует считать весьа прогрессивным инструментом. При его использовании целесообразно принять меры по повышению производительности за счет снижения длины пути врезания. Для этого можно применить схему обработки с радиальным врезанием, либо (для предварительной обработки узковенцовых колес) работать лишь с одним радиальным движением подачи. При использовании многозаходных фрез необходимо учитывать ограничения, связанные с делительной червячной парой станка: увеличение числа заходов сопровождается соответствующим увеличением числа оборотов делительного червяка, что приводит к повышенному износу зубьев червячного колеса и потере его точности. Особенно это сказывается при обработке колес с малым числом зубьев. Предельно допустимое число зубьев обрабатываемого колеса, рекомендуемое для зубофрезерного станка 5К32А: , где =96 – число зубьев червячного колеса =1200 об/мин – максимальное число оборотов червяка из расчета износостойкости червячного колеса. Из этого выражения следует, что увеличение числа заходов, также как и повышение скорости главного движения резания, приводит к возрастанию предельно допустимого числа зубьев обрабатываемого колеса. 3.2.4. Повышение производительности зубофрезерования при использовании фрез с нестандартной геометрией режущей части При обработке колес стандартным инструментом нагрузка, приходящаяся на различные зубья фрезы оказывается весьма неравномерной. Наибольшая нагрузка приходится на зубья, вступающие в резания первыми, поскольку они работают по целому металлу. Последующие зубья фрезы оказываются менее нагруженными, т.к. работают по части спрофилированной впадине (рис. 3.8.). Рис. 3.8. – Схема профилирования впадины Повышенная нагрузка на первые, вступающие в работу, зубья фрезы обуславливает необходимость снижения скорости подачи инструмента, т.к. в противном случае период стойкости фрезы резко сократится. Следовательно, повышение производительности зубофрезерования можно обеспечить за счет рационального распределения нагрузки на зубья фрезы, позволяющего существенно увеличить скорость радиальной () и осевой () подачи инструмента. С этой целью применяют фрезы с измененной формой образующей заходной части. Наиболее простым технологическим решением является изготовление фрез с конической заходной частью, аналогично той, которая имеется у метчиков. У такой фрезы первые вступающие в работу зубья будут иметь несколько меньшую высоту профиля, что снизит приходящуюся на них нагрузку. Использование таких фрез особенно эффективно при обработке крупномодульных колес с большим числом зубьев, когда угол перекрытия в станочном зацеплении сравнительно велик и зона контакта фрезы с заготовкой возрастает. Использование фрез с измененной формы образующей для обработки колес малого и среднего модулей со сравнительно небольшим числом зубьев нецелесообразно, поскольку небольшой эффект повышения производительности не перекроет затрат, связанных с расчетом, изготовлением и эксплуатацией таких фрез. Следует к тому же учитывать, что фрезы с измененной формой образующей заходной части являются фактически фрезами определенной установки и не позволяют осуществлять перемещение инструмента вдоль его оси для повышения периода стойкости. 3.3. Возможности повышения эксплуатационных характеристик процесса червячного зубофрезерования. Одним из основных эксплуатационных показателей любого процесса резания является стойкость инструмента. Особенно этот показатель важен в том случае, когда эксплуатируется дорогостоящий инструмент, в частности, червячная фреза. Помимо известных способов повышения стойкости (улучшение инструментальных материалов, назначение рациональных режимов резания, рациональная геометрия режущей части, обильное охлаждение и т.п.) разработаны специальные приемы повышения стойкости червячных фрез. Наибольшее распространение получили такие приемы как диагональное зубофрезерование (рис. 3.9.) и использование червячных фрез с прогрессивной схемой резания. При диагональном зубофрезеровании одновременно с перемещением фрезерного суппорта параллельно оси заготовки осуществляется перемещение фрезы вдоль своей оси. Рис. 3.9. – Схема диагонального зубофрезерования Совмещение двух подач позволяет непрерывно обновлять режущие лезвия и изменять их загрузку. Это дает возможность выровнять нагрузку, приходящуюся на единицу длины режущего периметра. А в итоге добиться значительного увеличения суммарного периода стойкости инструмента. Дополнительное перемещение фрезы вдоль своей оси учитывается соответствующей настройкой гитары дифференциала станка. Аналогичный эффект повышения стойкости червячных фрез можно получить при дискретном (шаговом) перемещении фрезы вдоль ее оси. Для более полного использования эффекта шагового или непрерывного (диагонального) перемещения фрезы она делается обычно несколько больше той длины, которая рекомендуется стандартами. Использование червячных фрез с прогрессивной схемой резания позволяет распределить нагрузку на боковые и вершинные режущие кромки, таким образом, чтобы исключить появление стружек шевронной формы. Схема фрезерования впадины зубчатого колеса червячной фрезой характеризуется тем, что на определенном этапе работает одновременно обе боковые и вершинные режущие кромки. При этом образуется стружка шевронной формы (рис. 3.8., а). Образование и сход такой стружки затруднены вследствие того, что в местах перехода режущих кромок (на уголках) образуются встречные потоки срезаемого металла. Это приводит к интенсивному износу уголков и прилегающих к ним участков режущих кромок. Червячные фрезы с прогрессивной схемой резания (рис. 3.10.) делаются таким образом, что чередующиеся друг за другом зубья витка имеют стандартную форму и заужены по боковым сторонам с увеличением высоты, либо зубья, выполненные с разводом (рис. 3.10., в). Рис. 3.10. – Конструкция фрезы с измененной схемой резания. 3.4. Основные направления повышения производительности зубодолбления Повышение производительности зубодолбления за счет увеличения скорости главного движения резания ограничено допускаемой динамикой станка, инерционной нагрузкой в конце каждого рабочего и вспомогательного ходов долбяка. Также как и при червячном зубофрезеровании, увеличение скорости движения круговой подачи возможно за счет применения долбяков с измененными схемами резания: с прогрессивной или попеременно нагруженными боковыми режущими кромками (рис. 3.11.). Рис. 3.11. – Схема ступенчатого долбяка Однако, реализуются эти схемы только при наличии двух расположенных друг за другом долбяков. При этом следует иметь ввиду, что при работе со ступенчатыми долбяками увеличиваются рабочие и вспомогательные ходы, что снижает производительность обработки. Увеличить производительность зубодолбления можно за счет одновременного формообразования всех впадин блоком фасонных резцов, установленных в корпусе головки (рис. 3.12). Рис. 3.12 – Схема контурного зубодолбления многорезцовой головкой: а – расположение резцов относительно заготовки зубчатого колеса; б – схема врезания впадины Профили резцов совпадают с профилем впадин, а число их равно числу зубьев обрабатываемого колеса, поэтому резцовая головка и резцы проектируются для каждого колеса. Заготовке в процессе обработки сообщают возвратно-поступательное главное движение вдоль её оси. Постепенное вырезание впадины (рис. 3.12., б) происходит за счет прерывистого радиального движения подачи резцов, осуществляемого перед каждым рабочим ходом заготовки. Перед каждым вспомогательным ходом заготовки резцы отводятся во избежании их контакта с обработанной поверхностью. За счет одновременной обработки всех зубьев обеспечивается высокая производительность – 2-4 сек/зуб. Точность обработки во многом определяется точностью изготовления корпуса головки и резцов. Трудность обеспечения высокой точности инструмента существенно ограничивает область применения контурного зубодолбления. Процесс используется лишь для черновой обработки в условиях массового производства. 3.5. Базирование заготовок при нарезании зубьев и обработка поверхностей, являющихся базами. Для повышения точности детали при её изготовлении стремятся совместить конструкторские базы с технологическими, поэтому обычно установочной технологической базой при зубонарезании является наиболее развитая поверхность одного из торцов, а двойной опорной базой – поверхность центрального отверстия заготовки. Однако, когда необходимо обеспечить возможно более высокую жесткость установки заготовки, чтобы противостоять большим силам резания, принцип совмещения баз по отношению к торцовым поверхностям выполнить не всегда удается. Схема базирования, представленная на рисунке 3.13, иллюстрирует целесообразность отхода от конструкторской базы торца А. Рис. 3.13. – Схема базирования зубчатого колеса. Весьма важно обеспечить перпендикулярность базового торца Б и оси посадочного отверстия, а также строгую параллельность между базовым торцем при зубонарезании и конструкторским базовым торцем А. При обработке баз за один установ указанные требования обеспечиваются автоматически. Если же по каким-либо соображениям этого сделать нельзя, то следует предусмотреть чистовую обработку базового торца при возможно более точной установке заготовки по конструкторским базам. Основная задача базирования заготовки при нарезании зубьев – обеспечить минимальное биение оси базового отверстия заготовки относительно оси вращения стола станка. Следствием эксцентриситета оси отверстия относительно оси вращения стола является эксцентриситет зубчатого колеса, который проявляется в виде радиального биения зубчатого венца и накопленной погрешности шага. Результирующее биение оси базового отверстия заготовки относительно оси вращения стола станка является следствием биения базирующей поверхности приспособления – оправки и посадочного эксцентриситета заготовки на оправке. Для того, чтобы свести к минимуму результирующее биение, необходимы: тщательное изготовление и выверка оправок на станке, также применение самоцентрирующих оправок – цанговых, кулачковых и гидропластовых. В производстве с небольшим объемом выпуска установка заготовок колес производится с ручной выверкой радиального биения зубчатого венца и одного из торцев по индикатору. Иногда для повышения производительности применяют установку нескольких заготовок на оправку (установка «пакетом») (рис. 3.14). Однако, при изготовлении точных колес к такому способу установки прибегать нельзя, вследствие неизбежного искривления оправки при закреплении заготовок. Рис. 3.14. – Схема установки заготовок «пакетом» 3.6. Отделка баз заготовок зубчатых колес после термической обработки При отделки поверхностей зубчатого колеса, являющихся базами, необходимо обеспечить: 1) Их точность и шероховатость в соответствии с требованиями чертежа; 2) Минимальное биение оси зубчатого колеса относительно оси посадочного отверстия. Последнее особенно важно для колес, зубья которых не обрабатываются после термической обработки, но и для колес, подвергающихся после термической обработки зубошлифованию. Это дает возможность сократить припуск на шлифование боковых сторон зубьев. Отделка посадочных отверстий после термической обработки заготовок зубчатых колес обычно производят на внутришлифовальных станках, снабженных дополнительной откидной шлифовальной бабкой для обработки торца с одного установа с отверстием (рис. 3.15.). При этом базирование зубчатого венца осуществляют в самоцентрирующем патроне на ролике, установленном во впадине между зубьями. Рис. 3.15. – Схема базирования зубчатого колеса при шлифовании отверстия. Если отверстие и торец нельзя отшлифовать с одного установа, то приходится вводить операцию шлифования торца (торцев) на круглошлифовальном станке при базировании колеса по шлифуемому отверстию на оправке. Многовенцовые колеса и колеса, у которых ширина венца больше диаметра, устанавливаются в патронах, имеющих 2 независимых центрирующих устройства (рис. 3.16.). Рис. 3.16. – Схема базирования зубчатого колеса. Для установки косозубых колес применяют изогнутые или ступенчатые ролики или рейки с косыми зубьями. Шарики и ролики соединяют в один блок с помощью сепаратора. 3.7. Чистовая обработка (отделка зубьев) Чистовая обработка зубьев необходима, когда изготавливают колеса, имеющие высокие эксплуатационные характеристики: изгибную прочность и контактную выносливость зубьев, малые шум и вибрацию при работе. Такие зубчатые колеса должны иметь высокую точность и низкую шероховатость поверхности зубьев. Известно 4 основных метода чистовой обработки зубьев цилиндрических колес: шевингование и прикатка для незакаленных зубчатых колес; зубохонингование, зубошлифование для закаленных колес. 3.7.1. Шевингование зубчатых колес Обработка зубьев большинства колес, изготавливаемых в условиях серийного и массового производств, осуществляется по следующей схеме: предварительное зубонарезание, а затем шевингование. Широкому распространению процесса шевингования способствуют такие его качества: высокая производительность (2-3 сек/зуб для колес средних модулей), экономичность за счет высокой стойкости инструмента, достаточно высокая точность. В процессе обработки инструмент 1 дисковый шевер и обрабатываемое колесо 2 вращаются, воспроизводя винтовую передачу, составленную из 2 цилиндрических зубчатых колес с теоретическим точечным контактом (рис. 3.17.). Фактически же из-за наличия припуска на боковых поверхностях зубьев обрабатывается площадка контакта, имеющего вид узкого овала, вытянутую примерно вдоль зуба. Рис. 3.17. – Схема шевингования Зацепление винтовой передачи характеризуется интенсивным боковым скольжением зубьев, складывающимся из профильного и продольного скольжения. Результат скольжения при шевинговании и есть плавное движение резания, которое осуществляется режущими кромками шевера. Срезаемый слой с боковых поверхностей зубьев превращается в тонкую волосовидную стружку. При этом образуется профиль зуба колеса, сопряженный с профилем зуба инструмента. При шевинговании отсутствует жесткая кинематическая связь между вращением инструмента и заготовки. Обычно вращение сообщают более массивному звену пары «шевер-колесо» при беззазорном (плотном) зацеплении их зубьев или с торможением ведомого звена при однопрофильном зацеплении зубьев. Эта особенность процесса шевингования непосредственно отражается на его исправляющей способности. Шевингование дает достаточно хорошие результаты по нормам контакта (пятно контакта, погрешность направления зуба) и нормам плавности (отклонения шага, погрешность профиля) и т.д. Однако, по нормам кинематической точности (накопленная погрешность шага, радиальное биение зубчатого венца и т.д.) исправляющая способность шевингования весьма слабая. Следует отметить, что шевингование дает хороший по точности результат лишь при условии достаточно точной предварительной обработки зубьев. Следовательно, точность хорошего колеса можно повысить, но получить из плохого колеса хорошее с помощью шевингования не удается. Чтобы обработать зуб по всей его длине и высоте, заготовке необходимо сообщить движение подачи. В зависимости от направления движения подачи различают 5 методов: 1) Параллельное (осевое) 2) Диагональное 3) Касательное 4) Поперечное 5) Врезное Эти методы различаются между собой по производительности и конструкции шевера. Наиболее универсальным является шевингование с осевым движением подачи (рис. 3.17.). При этом методе заготовка совершает возвратно-поступательное движение вдоль своей оси и в конце каждого рабочего хода подается на шевер в радиальном направлении . Несколько последних возвратно-поступательных ходов совершаются без радиального движения подачи (выхаживающие ходы). Преимущество метода заключается в его универсальности: зубчатые колеса любой ширины можно обработать узким шевером. Однако, производительность этого метода ниже, чем у других методов из-за наибольшей длины рабочего хода. При шевинговании могут иметь место следующие сочетания шевера и обрабатываемого колеса: колесо прямозубое, шевер косозубый; колесо косозубое, шевер прямозубый; колесо и шевер косозубые, при этом необходимо обеспечить угол скрещивания осей шевера и колеса в пределах 10-150. Чугун, пластмассу и другие материалы, обладающие сравнительно малой прочностью и твердостью, обрабатывают при угле скрещивания 200. 3.7.2. Прикатывание зубчатых колес Прикатыванием (обкатывание, зубокалибрование) называется процесс тонкого пластического деформирования боковых поверхностей зубьев колеса, которое осуществляют при совместном вращении заготовки с одним или несколькими закаленными до высокой твердости эталонными полосами. В процессе прикатывания (рис. 3.18.) эталонное колесо 1 приводится во вращение и вращает сцепленное с ним обрабатываемое колесо 2, которое поднимается двумя другими эталонными колесами 3, свободно сидящими на осях подвижной каретки 4. Рис. 3.18. – Схема обкатывания зубьев В результате относительно профильного скольжения зубьев инструмента и заготовки металл, находясь под давлением, течет вдоль профиля зуба, обработка осуществляется на специальных зубообкатных станках, отличающихся высокой жесткостью. По сравнению с шевингованием прикатывание позволяет снизить расходы на инструмент, благодаря повышению его стойкости в 10-20 раз, увеличить в 3-5 раз производительность обработки, значительно снизить шероховатость обработанных поверхностей (мкм). За счет накопленного слоя боковых поверхностей зубьев и прикатных колес при эксплуатации отмечается повышенная прочность и долговечность. Однако, исправляющая способность прикатывания ниже, чем при шевинговании. Поэтому для получения хороших результатов по точности необходимо при уменьшенных примерно в 2 раза по сравнению с шевингованием припусках обеспечить более высокую точность предварительного зубонарезания. При внедрении процесса прикатывания в производство следует учитывать также и трудности, связанные с определением параметров профиля зубьев эталонного колеса и его изготовления. 3.7.3. Зубошлифование Зубошлифование является практически единственным методом обработки закаленных зубчатых колес 7 и выше степеней точности. Наибольшее распространение в производстве получили 4 способа шлифования зубьев цилиндрических колес: 1) Шлифование зубьев дисковым кругом с фасонной рабочей поверхностью по методу копирования с единичным делением 2) Шлифование зубьев дисковым кругом с конической рабочей поверхностью по методу обката с единичным делением 3) Шлифование двумя тарельчатыми кругами по методу обката с единичным делением 4) Шлифование зубьев червячным абразивным кругом по методу обката с непрерывным делением При обработке зубьев по методам копирования точность зубчатых колес определяется в основном точностью эвольвентного профиля круга и точностью делительного механизма (делительного диска) станка. Производительность станков сравнительно высокая, т.к. впадина формируется одновременно по всему её периметру, потери на деление невелики . Однако, переналадка станка весьма сложная, т.к. требуется смена копиров заправочного устройства, а иногда и делительного диска. Поэтому применение этого способа шлифования целесообразно лишь в условиях крупносерийного производства. Точность зубчатых колес, изготовленных этим способом соответствует 6-7 степени точности по ГОСТ 1643-81. При шлифовании зубьев дисковым кругом с конической рабочей поверхностью (рис. 3.19.) воспроизводится зацепление обрабатываемого колеса 1 с производящей рейкой 2. Боковые конические поверхности шлифовального круга 3 материализуют при этом зуб производящей рейки. Если форма образования впадины происходит при прямом и обратном движении обката заготовки, то для устранения влияния зазоров (люфтов) в механизме обката на точность обработки левая и правая стороны зубьев шлифуются раздельно, поэтому толщина круга должна быть несколько меньше номинальной толщины зуба производящей рейки. Рис. 3.19. – Схема образования эвольвентного профиля зуба. Структурная кинематическая схема зубошлифовального станка представлена на рис. 3.20. Движение обката обеспечивается настройкой цепи обката, конечными звеньями которой являются червячная 5 и винтовая 4 передачи. Деление осуществляется за счет поворота планшайбы стола 6 на требуемый угол при разомкнутой цепи обката в конце каждого двойного хода стола станка. Таким образом, точность зуюошлифования во многом определяется точностью червячной и винтовой передач, а также точностью механизма деления станка. Для шлифования косозубых колес ползун, несущий шлифовальную бабку поворачивается на соответствующий угол (рис. 3.20., б). Рис. 3.20. – Структурная кинематическая схема зубошлифовального станка. Станки, работающие дисковым кругом с конической рабочей поверхностью, наиболее универсальны, поэтому основная область их применения – единичное и мелкосерийное производства. Достижимая точность зубошлифования соответствует 6-7 степени точности по ГОСТ 1643-81. Станки, работающие двумя тарельчатыми кругами, обеспечивают 5-6 степень точности зубчатых колес. Такая точность помимо общих требований к точности исполнения станков обуславливается минимальным числом звеньев в механизме обката станка и отсутствием в нем зазоров, а также точностью делительного диска, автоматической правкой круга и компенсацией его размерного износа. Механизм обката станка (рис. 3.21.) содержит точный ролик 1, установленный соосно с заготовкой 2 на подвижной каретке 3. Диаметр ролика , где S – толщина стальной ленты 4, d – делительный диаметр обрабатываемого колеса. Две стальные ленты охватывают ролик по окружности и крепятся к станине станка. При натяжении ленты материализуют начальную плоскость станочного зацепления, по которой катится без скольжения ролик и делительный цилиндр заготовки. Таким образом, имитируется зацепление заготовки с производящей рейкой 5, зубья которой материализуют 2 тарельчатых круга 6. В процессе обработки каретка 3 получает быстрые возвратно-поступательные перемещения , при этом ролик с заготовкой совершает возвратно-вращательное движение , таким образом, реализуется движение обката. Для обработки зубьев по всей длине каретке сообщают движение подачи вдоль оси заготовки. Поскольку движение подачи осуществляется сравнительно медленно, производительность станков, работающих по этому способу, сравнительно невысока. Рис. 3.21. – Схема механизма обката станка. Для автоматической правки шлифовального круга используют специальный механизм, который в процессе шлифования зубьев периодически правит круг. Весьма точными и наиболее производительными являются станки, работающие червячным шлифовальным кругом (рис. 3.22.). Их кинематическая схема аналогична кинематической схеме зубофрезерных станков. Рис. 3.22. – Структурная схема шлифовального станка, работающего абразивным червяком: 1 – Заготовка, 2 – Абразивный червяк, 3 – Делительное колесо, 4 – Делительный червяк, 5 – Устройство согласования вращательных движений круга и стола. Однако, создание зубошлифовальных станков с механическими кинематическими связями оказалось весьма затруднительным, вследствие недопустимо высоких скоростей скольжения делительной червячной передачи. Поэтому в зубошлифовальных станках необходимая согласованность вращательных движений круга и стола с заготовкой обеспечивается за счет так называемого жесткого элек-кого вала. Ориентировочная производительность станков, работающих абразивным червяком, примерно 10-15 сек/зуб для колес средних модулей. Достижимая точность соответствует 5-6 степени по ГОСТ 1643-81. Предварительная правка червячных кругов производится накатным роликом, а окончательная (чистовая) – алмазным. Данный способ зубошлифования рекомендуется для крупносерийного производства. При изготовлении колес малых модулей (до 2 мм) предварительное зубонарезание целесообразно не производить, а вышлифовывать зубья непосредственно из целой закаленной заготовки. Рассмотренные способы зубошлифования имеют один общий недостаток – возможное появление прижогов на боковых поверхностях зубьев и, как следствие, снижение эксплуатационных характеристик зубчатых колес. Устранить опасность прижогов можно за счет назначения рациональных режимов резания, правильного выбора характеристики шлифовального круга и применения технологической СОЖ. 3.7.4. Хонингование зубчатых колес Процесс зубохонингования заключается в совместном обкате заготовки и инструмента – зубчатого колеса, изготовленного из эпоксидной смолы или каучука с добавлением абразивного порошка. Внешне процесс зубохонингования сходен с процессом шевингования. Закаленное зубчатое колесо 1 зацепляется с зубчатым хоном 2 при угле скрещивания осей (рис. 3.23.). Рис. 3.23. – Схема зубохонингования Заготовке сообщается возвратно-поступательное движение подачи вдоль оси, направление вращения инструмента меняется после каждого двойного хода заготовки. Для интенсификации процесса в ряде станков предусмотрено колебательное (осциллирующее) движение инструмента вдоль его оси. Также, как и при шевинговании, нагружение пары осуществляется в радиальном или окружном направлениях. Число зубьев хона не должно быть кратно числу зубьев обрабатываемого колеса. Рекомендуемая окружная скорость при обработке – 5-15 м/с. Скорость движения подачи заготовки 300-600 мм/мин, количество рабочих ходов заготовки – от 4 до 6. Время обработки колеса – от 30 до 60 сек. Рекомендуемые припуски при зубохонинговании 0,02-0,03 мм на сторону зуба. Поэтому специально припуски на зубохонингование не оставляют. Наиболее эффективной СОЖ при зубохонинговании является керосин. Зубохонингованием достигаются: 1) Устранение заусенцев и забоин на поверхностях зубьев, возникающих при термической обработке и транспортировке колес; 2) Уменьшение шероховатости поверхностей зубьев шевингованных и шлифованных колес; 3) Незначительное повышение точности зубчатого венца. Температура в зоне контакта зубчатого хона с заготовкой невысока, поэтому на поверхностях зубьев не образуются прижоги и микротрещины. Это сохраняет твердость и структуру поверхностного слоя зубьев. Процесс зубохонингования рекомендуется использовать в крупносерийном и массовом производстве зубчатых колес. 3.8. Контроль цилиндрических зубчатых колес При изготовлении зубчатых колес обычно используют 3 вида контроля: профилактический, производственный и приемочный. Профилактический контроль включает проверку состояния элементов технологической системы: станка, приспособления, инструмента и заготовки до начала обработки. Производственный контроль осуществляют в процессе наладки оборудования и изготовления зубчатых колес. При обнаружении каких-либо отклонений от чертежа в обрабатываемом колесе наладчик или рабочий устраняет источник этого отклонения. Приемочный контроль выполняют по окончании изготовления партии зубчатых колес или выборочно через определенный интервал. В соответствии с ГОСТ 1643-81 установлено 12 степеней точности зубчатых колес. Для каждой степени точности установлены кинематическая точность, плавность работы, площадь контактов зубьев в передаче и бокового зазора. Нормы точности включают соответствующие показатели точности или комплексы показателей, например, кинематическую погрешность зубчатого колеса, радиальное биение зубчатого венца, колебание длины общей нормали и т.д. Показатели или комплексы показателей, проверяемые при приемочном контроле, устанавливает изготовитель зубчатого колеса. Степень и показатели точности зубчатого колеса указаны в таблице его чертежа. При выборе контролируемых показателей необходимо руководствоваться следующими соображениями: 1) Предпочтение следует отдавать комплексным показателям точности (кинематическая погрешность зубчатого колеса, местная кинематическая погрешность зубчатого колеса, пятно контакта), т.к. они представляют суммарную погрешность колеса и передачи. Контроль отдельных показателей (отклонение шага, длины общей нормали и т.д.) менее объективны, т.к. эти погрешности могут как суммироваться, так и компенсировать друг друга. 2) Полную оценку точности колеса можно получить при его контроле зацеплений с измеряемым колесом по следующим показателям: кинематическая погрешность колеса, циклическая погрешность колеса, пятно контакта и боковой зазор. 3) При приемочном контроле зубчатого колеса измерения необходимо производить от конструкторской базы колеса. При производственном контроле в качестве измерительных баз целесообразно использовать технологические базы зубчатого колеса. 4. Изготовление конических зубчатых колес 4.1. Черновое нарезание конических прямозубых колес дисковыми модульными фрезами по методу копирования В единичном и мелкосерийном производствах конические колеса нарезают дисковыми модульными фрезами на универсальных фрезерных станках, оснащенных делительными головками. При этом используют 2 набора фрез. Набор из 8 фрез предназначен для нарезания зубчатых колес с модулем до 8 мм. Набор из 15 фрез – для колес с модулем выше 8 мм. Фрезы из стандартного набора выбирают по приведенному числу зубьев: , где - числа зубьев шестерни и колеса, - углы делительных конусов шестерни и колеса (угол между осью зубчатого колеса и образующей его делительного конуса). Номера дисковых модульных фрез в зависимости от числа зубьев для набора из 8 фрез приведены в таблице: Номер фрезы 1 2 3 4 5 6 7 8 Приведенное число зубьев 12-13 14-16 17-20 … … … 55-134 135 Дисковые модульные фрезы проектируют исходя из следующих соображений: профили зуба фрезы делают близким к профилю впадины на внешнем торце А зубчатого венца. Толщину вершины зуба фрезы принимают равной ширине впадины на внутреннем торце Б зубчатого венца с учетом припуска под чистовое зубонарезание. На рис. 4.1., а дан вид на впадину со стороны внешнего торца зубчатого венца. На рис. 4.1., б показана первая установка заготовки при прорезке впадины. Если осуществить прорезку впадины по этой схеме, то ни в одном из сечений зуба не получится профиль близкий к требуемому. Несколько улучшить профиль зубьев можно, если кроме первой прорезки произвести дополнительную обработку впадины с одной и другой сторон (рис. 4.1., в, г). Рис. 4.1. – Схема формирования впадины конического колеса дисковой модульной фрезой. В массовом и крупносерийном производстве черновое нарезание зубьев конических колес производят дисковыми модульными фрезами на специальных станках ЕЗ-40 Егорьевского станкостроительного завода. Станок имеет двухпозиционный стол 1 (рис. 4.2.). На рабочей позиции комплектом дисковых фрез 2 одновременно обрабатывают 2-4 заготовки 3. На загрузочной позиции в это время рабочий производит смену заготовок. В процессе нарезания зубьев заготовка неподвижна, а фреза движется вдоль образующей конуса впадины. Рис. 4.2. – Черновое нарезание зубьев комплектом дисковых фрез. Для чернового прорезания впадин весьма эффективно использование дисковых резцовых головок большого диаметра (500-600 мм). В этом случае (рис. 4.3.) движение подачи где заготовки 1 осуществляют в радиальном направлении, т.е. используется принцип наикратчайшего рабочего хода. При большом диаметре инструмента возможна параллельная обработка нескольких заготовок. Рис. 4.3. – Черновое нарезание зубьев дисковой резцовой головкой большого диаметра. 4.2. Строгание зубьев прямозубых конических колес Конические колеса с прямыми зубьями могут быть нарезаны двумя резцами на зубострогальных станках. Строгание зубьев бывает черновое и чистовое. Чистовое нарезание зубьев производят методом обката с единичным делением, при этом имитируется зацепление обрабатываемого зубчатого колеса с воображаемым производящим коническим колесом, боковые поверхности зубьев которого материализуют 2 зубострогальных резца. Принципиальная кинематическая схема зубострогального станка показана на рис. 4.4. Обкатная люлька 1 станка, несущая суппорты с резцами 2, кинематической цепью связана со шпинделем бабки 3, на котором установлена заготовка 4. Кинематическая цепь станка включает червячные передачи 5 и 6, приводящие во вращение люльку и шпиндель заготовки гитарой деления 7 и обката 8 и механизма деления. Привод люльки и заготовки осуществляется от электродвигателя 10 через коробку подач 11. В процессе обработки резцы получают возвратно-поступательное движение резания и одновременное вращение вокруг оси производящего колеса 12. Заготовка при этом вращается вокруг своей оси согласованно с вращением производящего колеса. Черновое нарезание зубьев конических колес производят методом копирования без движения обката. Люльку станка устанавливают неподвижно, а заготовке сообщают движение подачи вдоль оси люльки. После прорезания впадины на полную глубину заготовку отводят в исходное положение, следует деление на зуб, и цикл обработки повторяют. Благодаря своей универсальности метод строгания зубьев двумя резцами широко применяется в единичном и серийном производствах, он обеспечивает сравнительно высокое качество обработки простым и недорогим инструментом: на станках нормальной точности достигается 7-8 степень точности зубчатого колеса, на станках повышенной точности – 6-7 степень точности по ГОСТ 1758-81. Вместе с тем из-за больших потерь времени на вспомогательные ходы инструмента метод имеет сравнительно низкую производительность. 4.3. Обработка конических прямозубых колес двумя дисковыми фрезами Нарезание зубьев производят двумя спаренными дисковыми фрезами 1 (рис. 4.4., а), расположенными под углом друг к другу и формирующими одновременно впадину заготовки 2. При этом резцы одной фрезы входят в промежутки между резцами другой фрезы и обрабатывают «свою» сторону впадины зубчатого колеса. Обработка может вестись по методу врезания, обката или комбинированно – врезание, а затем обкат. Деление периодическое после профилирования каждой впадины. Рис. 4.5. – Схема нарезания зубьев конических колес двумя дисковыми фрезами. В процессе обработки по методу обката фрезам сообщают главное движение резания , круговое движение обката в вертикальной плоскости, а заготовке – согласованное вращение вокруг её оси. Таким образом, имитируется зацепление заготовки с производящим колесом, зубья которого материализуют дисковые фрезы. Фрезы вдоль зуба не перемещают, поэтому дно впадины слегка вогнутое (рис. 4.4., б). С целью продольной модификации зубьев режущие кромки располагают под углом к оси вращения инструмента, поэтому, описывая при вращении коническую поверхность главного движения, режущие кромки формируют бочкообразные зубья. Производительность станков при работе двумя дисковыми фрезами значительно выше, чем при зубострогании двумя резцами. Так, например, при исполнении комбинирования данного метода она выше в 4 раза. Точность зубчатых колес соответствует 7-8 степени точности по ГОСТ 1758-81. 4.4. Круговое протягивание прямых зубьев конических колес Метод кругового протягивания (Revacycle) был разработан фирмой Gleason для массового производства конических колес в автомобильной промышленности. Станки для кругового протягивания имеют 2 расположения: с горизонтальным и вертикальным расположением оси заготовки. Отечественная промышленность выпускает станки первого типа. В процессе формообразования впадины (рис. 4.6., а) заготовка 1 неподвижна, а режущий инструмент 2 вращается и совершает согласованное с вращением возвратно-поступательное движение вдоль зуба заготовки. За 1 оборот инструмента, который происходит за 2-5 сек, полностью формируется впадина. В момент, когда напротив заготовки оказывается сектор протяжки, свободный от резцов, происходит деление на зуб. Рис. 4.6. – Схема протягивания зубьев конических колес. В качестве режущего инструмента применяют резцовую головку-протяжку большого диаметра с резцами, объединенными в блоки 3. Первые 10 блоков являются черновыми, 11-й блок – получистовой, а остальные 4 блока – чистовые. Каждый резец протяжки имеет профиль, очерченный по окружности с радиусом r, одинаковым для всех резцов. Меняются лишь координаты X, Y центра окружности для каждого резца (рис. 4.6., б). Это облегчает процесс изготовления протяжки – не требуется изменять профиль шлифовального круга при его заправке. На этапе чистовой обработки за счет сочетания вращательного и поступательного движений протяжки каждый из следующих друг за другом резцов осуществляет обработку «своего» участка боковой поверхности зуба заготовки. В результате боковые поверхности зубьев колеса получают профиль, очерченный по дуге окружности, а задача, возникающая при расчете инструмента и согласовании его движений, заключается в максимальном приближении это профиля к теоретическому. Колеса, изготовленные методом протягивания имеют 8-9 степень точности. В отличие от конических прямозубых колес, полученных другими способами, они имеют другую геометрию и существенно отличаются размерами заготовок, поэтому он не взаимозаменяемы с колесами, полученными зубостроганием и зубофрезерованием. 4.5. Отделка конических колес с прямыми зубьями Шлифование зубьев закаленных колес осуществляется на специальных зубошлифовальных станках, работающих по методу обката с единичным делением. Станки имеют различную кинематику, однако, во всех конструкциях использован принцип зацепления воображаемого конического производящего колеса с обрабатываемым колесом. Так, например, обработка может осуществляться двумя тарельчатыми кругами, материализующими зуб неподвижного производящего колеса, заготовка при этом получает вращение вокруг своей оси. После формообразования впадины заготовка возвращается в исходное положение, следует деление на зуб, и цикл обработки повторяется. Также как и при фрезеровании зубьев двумя дисковыми фрезами, движение подачи инструмента вдоль зуба заготовки отсутствует. В массовом производстве на автомобильных заводах конические зубчатые колеса после термообработки притирают в паре. В процессе притирки сопряженные колеса вращают под легкой нагрузкой с подачей в зону зацепления жидкости с абразивом. После притирки колесо и шестерня остаются в комплекте в течение всего срока службы. Притирка закаленных зубчатых колес улучшает пятно контакта, снижает шероховатость боковых поверхностей зубьев и уровень шума при работе зубчатых колес. Производится притирка на специальных притирочных станках. 4.6. Изготовление конических колес с круговыми и циклоидальными зубьями Нарезание круговых зубьев конических колес может вестись по методу обката и копирования (врезания). Схема нарезания круговых зубьев по методу обката показана на рис. 4.7. Также как и при обработке конических прямозубых колес, на станке имитируется зацепление воображаемого производящего конического колеса 1 и заготовки 2. В процессе обработки зуборезная головка 3 с трапецеидальными резцами получает вращение вокруг оси - главное движение резания . Одновременно с этим люлька 4 с расположенным на ней инструментом поворачивается вокруг оси производящего колеса. Вращение заготовки согласовано с вращением люльки таким образом, что при повороте производящего колеса на оборота заготовка повернется вокруг своей оси на оборота, где - число зубьев производящего колеса. При этом резцы головки спрофилируют одну впадину заготовки. После этого заготовка отводится от инструмента, следует её возврат в исходное положение (движение ) и деление на зуб. Принципиальная кинематическая схема зуборезного станка для нарезания гипоидных и конических колес с круговыми зубьями подобна схеме зубофрезерного станка с той лишь разницей, что вместо резцов используется зуборезная головка. Обработку зубьев можно осуществлять как двусторонней, так и односторонними резцовыми головками. При обработке зубьев двусторонней головкой наружные резцы формируют вогнутые стороны зубьев заготовки, а внутренние – выпуклые стороны. В зависимости от типа производства используют 3 способа нарезания зубьев шестерни и колеса. При двойном двустороннем способе черновая и чистовая обработка зубьев шестерни и колеса осуществляется двусторонними резцовыми головками. Способ отличается сравнительно высокой производительностью, однако, пятно контакта в передаче получается сильно локализованным по длине зубьев из-за разницы радиусов r и R, на которых располагаются режущие кромки внутренних и наружных резцов (рис. 4.8.). Рис. 4.8. – Схема зацепления зубьев, обработанных двусторонней головкой. Управление длиной пятна контакта при этом способе формообразования зубьев невозможно. Вследствие этого способ применяют для мелкомодульных колес с небольшой шириной венца и при изготовлении неответственных зубчатых колес в единичном производстве. При одностороннем способе черновая обработка шестерни и колеса осуществляется двусторонней головкой, а чистовая обработка выпуклых и вогнутых сторон зубьев сопряженных колес производится раздельно односторонними головками. Наряду с достоинствами – высокой точностью обработки, простотой управления длиной пятна контакта, способ имеет существенный недостаток – низкую производительность, т.к. каждое колесо нарезается в 3 установа. При двусторонне-одностороннем (простом двустороннем) способе чистовое нарезание зубьев шестерни осуществляется последовательно двумя односторонними головками, а чистовое нарезание зубьев колеса – двусторонней головкой за 1 установ. Черновая прорезка впадин у шестерней колеса производится двусторонними головками. Данный способ производительней, чем односторонний, и позволяет управлять длиной пятна контакта. Этот способ применяют для изготовления высококачественных конических колес в массовом производстве. Для повышения производительности был разработан способ изготовления полуобкатных передач. Зубья колеса 1 в такой передаче нарезают методом копирования двусторонней головкой. В результате они имеют трапецеидальный профиль (рис. 4.9.). Зубья шестерни 2 нарезают методом обката при раздельной чистовой обработке выпуклых и вогнутых сторон. При этом изменение профиля зуба колеса компенсируется изменением профиля зуба шестерни. Для этого на станке имеется специальный механизм модификации обката. Рис. 4.9. – Схема зацепления колес полуобкатной передачи. Преимущество полуобкатных передач по сравнению с обкатным в том, что обработка зубьев колеса осуществляется более производительно. В основном это относится к чистовому нарезанию, которое осуществляется в 3-5 раз быстрее. Полуобкатные передачи применяют, если передаточное число пары 3:1 и более. При изготовлении колес с циклоидальными зубьями формообразование впадины обеспечивается согласованием угловой скорости вращения заготовки со скоростями вращения инструмента вокруг его оси (главное движение резания ) и оси производящего колеса (движение ). Таким образом, обработка ведется по методу обката с непрерывным делением. Зуборезная головка содержит N групп резцов. В каждой группе по 2 резца – один наружный и один внутренний. Резцы каждой группы последовательно прорезают одну из впадин колеса. За один оборот головки формируется n впадин. За 1 рабочий ход (поворот инструмента вокруг оси производящего колеса) формируются все зубья заготовки. Для обеспечения высокой точности шага зубьев число групп резцов не должно быть кратно числу зубьев заготовки. Метод отличается высокой производительностью, т.к. отсутствуют потери времени на деление и вспомогательные ходы. 4.7. Обработка баз конических зубчатых колес после термообработки Конструкторские базы у конических валов-шестерен шлифуют при базировании заготовки в центрах. При шлифовании плоскости Т (рис. 4.10.) у вал-шестерни стремятся удалить минимальный припуск (0,05-0,1 мм), поскольку удаление большого припуска может вызвать изменения в расположении пятна контакта передачи. В некоторых современных технологических процессах по этой причине торец Т не шлифуют. Рис. 4.10. – Схема базирования вал-шестерни При шлифовании баз конических зубчатых колес в единичном и мелкосерийном производстве специальные приспособления не применяют. При установке шестерни или колеса в универсальном приспособлении, например, в кулачковом патроне заготовку выверяют по индикатору (рис. 4.11.). Плоские по форме колеса выверяют по поверхностям А и Т. Если деформация отверстия после термической обработки не превышает 0,05 мм, выверку колеса в радиальном направлении можно осуществлять по поверхности Б. Рис. 4.11. – Проверочные отверстия зубчатых колес. В массовом и крупносерийном производствах для установки зубчатого колеса при шлифовании применяют специальные быстродействующие патроны с базированием колеса по зубьям. Колесо устанавливают на 3-5 сферических пальцев, закрепление осуществляют кулачками, которые приводятся в действие от пневмопривода. 4.8. Шлифование круговых зубьев конических колес Круговые зубья конических гипоидных колес шлифуют на специальных станках, кинематика которых принципиально не отличается от кинематики станков для нарезания круговых зубьев резцовыми головками. В станке изменен лишь привод вращения инструмента, т.к. он должен обеспечивать значительно большую частоту вращения. Обработка ведется чашечным цилиндрическим кругом 1 с конической поверхностью главного движения (рис. 4.12). Рис. 4.12. – Схема шлифования шестерни по методу обката. При шлифовании большого колеса полуобкатной передачи чашечным кругом зона контакта круга с заготовкой распространяется на всю боковую поверхность зуба. Это обуславливает появление прижогов и шлифовочных трещин на боковых поверхностях зубьев. Для уменьшения зоны контакта его наклоняют (рис. 4.13). Рис. 4.13. – Схема шлифования колеса полуобкатной конической зубчатой передачи качающимся кругом. При этом чашечный конический круг 1 получает 3 движения: вращательное вокруг оси О0 – главное движение резания; качание вокруг оси О01 – движение подачи вдоль зуба заготовки 2 и движение подачи вдоль оси О01. Обработку ведут методом копирования без движения обката, поэтому в процессе шлифования заготовка неподвижна. По окончании формообразования впадины инструмент отводят от заготовки и следует деление на зуб. 5. Изготовление червяков и червячных зубчатых колес Червяки и червячные зубчатые колеса представляют собой тела вращения. Поэтому типовой маршрут их изготовления за исключением операций, касающихся формообразования винтовых поверхностей червяков и зубьев червячных колес, может назначаться в соответствии с принадлежностью к определенному классу деталей (валам, втулкам). В данном разделе рассматриваются только операции по обработке цилиндрических червяков (винтовых поверхностей) и зубчатых поверхностей червячных колес. По сравнению с цилиндрическими и коническими передачами червячные передачи имеют то отличие, что червяк и колесо изготавливают из разных материалов. Это способствует уменьшению сил трения в зацеплении и повышении износостойкости боковых поверхностей зубьев. Обычно червяк делают стальным закаленным до высокой твердости, колесо делают из значительно менее твердых материалов (чугун, бронза, пластмасса). При большом различии в твердости материалов боковые поверхности зуба колеса могут прирабатываться к винтовой поверхности червяка. Это используют для компенсации погрешности изготовления червячного колеса. Таким образом, исходя из возможности приработки зубьев колеса к закаленному червяку, можно считать, что качество передачи определяется точностью и качеством изготовления червяка. В случае необходимости обеспечения высокого качества червячной передачи без приработки чистовую обработку зубьев колеса следует производить инструментом, точно соответствующим сопряженному червяку. При этом параметры станочного зацепления должны точно соответствовать параметрам рабочего зацепления. 5.1.1. Линейчатые винтовые поверхности червяков образуются винтовым движением прямой линии. Известны 3 вида линейчатых винтовых поверхностей червяков: - архимедова; - конволютная; - эвольвентная. С целью минимизации погрешности профиля и упрощения изготовления режущего инструмента чистовое нарезание витков червяка рекомендуется выполнять резцом трапецеидального профиля, учитывая при этом особенности каждого червяка соответствующей установкой резца. Наиболее технологичным является архимедов червяк (типа ZA), обработка которого на токарном станке почти не отличается от обработки винта с трапецеидальной резьбой. Резец устанавливают так, чтобы его режущие кромки лежали в осевой плоскости червяка (рис. 5.1.). При чистовом нарезании червяка рекомендуется раздельная обработка левой и правой сторон витка односторонними резцами. Червяки такого типа применяют в основном при малом угле подъема винтовой линии (до 100). При больших углах подъема резец для улучшения условий резания устанавливают так, чтобы ?????? основная плоскость, в которой расположена его боковая режущая кромка, была перпендикулярна делительной винтовой линии витка червяка. В результате вместо архимедовой образуется конволютная винтовая поверхность. При нарезании конволютных червяков возможны 2 схемы установки резцов, представленных на рис. 5.1. «в» и «г». В первом случае червяк имеет трапецеидальный профиль в нормальном сечении витка (тип червяка ZN1), во втором случае – нормальном сечении впадины (тип червяка ZN2). Эвольвентный червяк Z1 имеет прямолинейный профиль витка в сечении плоскостью, касательной к основному цилиндру. Поэтому при нарезании эвольвентного червяка резцы устанавливают так, чтобы горизонтальная плоскость, в которой расположена режущая кромка, была касательной к основному цилиндру червяка (рис. 5.1., г). Разноименные боковые поверхности витков червяка должны обрабатываться отдельно при различных установках резцов. В случае, если боковые поверхности обрабатываются одновременно одним резцом, одна из боковых поверхностей витка будет эвольвентной, а другая – конволютной. При рассмотрении схемы обработки червяков не трудно заметить, что наибольшие затруднения могут возникнуть при нарезании червяков из-за неблагоприятных условий резания, связанных с установкой резца выше или ниже оси вращения червяка. По этой причине эвольвентные червяки изготавливают редко. Черновую обработку червяков независимо от их типа нужно производить резцом трапецеидального профиля, установленным в осевой плоскости червяка, т.к. при этом условия резания сравнительно благоприятны. Следует, однако, учитывать, что возможная погрешность профиля витка червяка должна быть меньше припуска на чистовую обработку. Нарезание червяков резцами имеет низкую производительность, но широко применяется, благодаря простоте и малой стоимости инструмента. 5.1.2. Фрезерование червяков Фрезерование винтовых поверхностей червяка осуществляют на специальных резьбофрезерных станках. Обычно фрезу устанавливают так, чтобы средняя точка А фрезы (рис. 5.2.) находилась в горизонтальной осевой плоскости червяка, а ось вращения была бы наклонена на угол, равный углу подъема винтовой линии на делительном цилиндре червяка. Такая установка при трапецеидальном профиле зуба фрезы казалось бы должна обеспечивать нарезание конволютного червяка с трапецеидальным профилем в нормальном сечении впадины. Однако, в действительности получаются искажения (завалы) профиля, которые будут тем больше, чем больше угол подъема витков червяка и диаметр фрезы. Рис. 5.2. – Схема фрезерования витков червяка дисковой фрезой: а – схема установки фрезы б – профиль витка червяка с искажением Наличие искажений можно объяснить тем, что угол установки фрезы и угол подъема винтовой линии червяка совпадают лишь в одной точке профиля, принадлежащей делительному цилиндру червяка. По мере удаления к вершине витка угол подъема винтовой линии становится меньше, а по мере приближения к впадине – больше угла установки фрезы. При внесении соответствующих поправок в профиль фрезы, т.е. при использовании фасонных фрез с криволинейной образующей возможно нарезание всех рассмотренных ранее типов червяков. Однако, в большинстве случаев нарезание червяков дисковыми фрезами используется как предварительный процесс. Поэтому необходимость применения фасонных фрез отпадает. Следует лишь иметь ввиду, что погрешность профиля витка должна быть меньше припуска на чистовую обработку. Хорошие результаты по производительности и шероховатости поверхности можно получить при фрезеровании винтовых поверхностей червяка по схеме внутреннего (охватывающего) или внешнего касания инструмента и заготовки (рис. 5.3.). Несмотря на то, что при обработке с внутренним касанием допускаются более высокие скорости движения подачи и получается меньшая огранка поверхности червяка, наибольшее распространение получила схема обработки с внешним касанием. Это объясняется более простой конструкцией техоснастки, наладкой станка и установкой заготовки на станке. Рис. 5.3. – Схемы фрезерования витков червяков: а – при внутреннем касании заготовки и инструмента б – при внешнем касании Весьма производительным является нарезание червяков обкаточными резцами. Процесс используется для изготовления эвольвентных червяков и червяков глобоидных передач. 5.1.3. Накатывание витков червяка В массовом и крупносерийном производстве целесообразно использовать процесс накатывания витков червяков. Холодным накатыванием при небольшом модуле (до 2,5 мм) можно получить червяк 8-9 степени точности с низкой шероховатостью поверхности. Горячее накатывание используют только для предварительного формообразования червяков с модулем от 3 до 8 мм. 5.1.4. Отделочная обработка червяков После закалки витки червяка шлифуют. Для этого используют специальные станки. По сравнению с обычными резьбошлифовальными станками, станки для шлифования винтовых поверхностей червяков имеют следующие особенности: автоматическое деление на заходы, возможность поворота шлифовального круга на большой угол, соответствующий углу подъема винтовой поверхности червяка, наличие устройства для правки круга по криволинейной образующей для компенсации искажения профиля витка червяка. Шлифование винтовых поверхностей витков червяков может производиться кругами различной формы (рис. 5.4.). Чаще всего применяют дисковые круги. При прямолинейной заправке круга с конической рабочей поверхностью (рис. 5.4., а,б,в) погрешность профиля витка архимедова или конволютного червяка неизбежна в любом случае. Величина погрешности тем больше, чем больше диаметр круга, угол подъема винтовой поверхности витка червяка и его модуль. С точки зрения уменьшения погрешности профиля при прямолинейной заправке круга наиболее предпочтительно шлифование пальцевым коническим кругом (рис. 5.4., в). Однако, этот способ целесообразно применить для шлифования крупномодульных червяков (m>15 мм). Рис. 5.4. – Схема шлифования витков червяков: а – дисковым кругом; б – чашечным коническим кругом; в – пальцевым кругом; г – торцом дискового круга (для эвольвентных червяков) Таким образом, для шлифования точных архимедовых и конволютных червяков необходима корректировка прямолинейной образующей конической производящей поверхности, которая осуществляется с помощью специального заправочного устройства. Исключением являются эвольвентные червяки, которые можно шлифовать торцом (плоскостью) круга (рис. 5.4., г). Это обусловлено тем, что эвольвентная винтовая поверхность развертывается на плоскости, а значит к ней можно провести касательную плоскость. Следует также учитывать, что изменение размеров круга вследствие его правки не отразится в данном случае на профиле витка червяка. Тогда как в схемах, представленных на рисунке «а» и «б», уменьшение диаметра круга в результате его правки приведет к тому, что профили витков червяков, шлифованных новым и измененным кругом, будут различны. Для снижения шероховатости боковой поверхности витков червяка их полируют войлочными или фетровыми кругами с абразивными пастами. В ряде случаев для этой цели используют специальные полировальные станки. 5.1.5. Обработка зубьев червячных колес Нарезание зубьев червячных колес осуществляется на зубофрезерных станках. Зубья фрезеруют тремя способами: 1. Способ радиальной подачи Нарезание червячных колес с радиальной подачей является наиболее производительным (рис. 5.5.). Здесь, как следует из схемы нарезания, используется по существу известный принцип, обеспечивающий высокую производительность – принцип работы с минимальной длиной рабочего хода. Поэтому данный способ чаще всего используют в производстве с большим масштабом выпуска. Рис. 5.5. – Схема фрезерования червячного колеса с радиальным движением подачи. Однако, точность колес, нарезанных с радиальным движением подачи, невысока, поэтому при производстве точных колес он используется как предварительный. Это обусловлено следующим: 1. Ограниченным числом резов, приходящихся на формирование боковой стороны зуба колеса. 2. Срезанием части боковой поверхности зуба, что особенно проявляется при использовании многозаходных фрез с большим углом наклона витка. 2. С тангенциальным движением подачи. Он осуществляется на зубофрезерных станках с протяжным суппортом, который сообщает фрезе одно движение подачи вдоль её оси. Фреза устанавливается на межосевое расстояние в рабочем зацеплении и перемещается вдоль своей оси по касательной к делительной окружности колеса 2 (рис 5.6.). Рис. 5.6. – Схема нарезания червячного колеса с тангенциальным движением подачи. Для согласования осевого движения фрезы с вращением заготовки дифференциальный механизм станка сообщает столу дополнительное вращение, соответствующее по величине и направлению скорости движения подачи фрезы. Таким образом, наладка станка по сравнению со способом радиальной подачи несколько усложняется. Для выравнивания нагрузки на зубья фрезы на её заборной части целесообразно предусмотреть конический участок. Угол конуса заборной части назначают в пределах 20-250. Цилиндрическая калибрующая часть имеет только один полный виток. Этого вполне достаточно для окончательного формообразования зубьев колеса. Способ фрезерования зубьев с тангенциальным движением подачи по производительности уступает способу с радиальным движением, а по точности значительно превосходит его, т.к. недостатки, присущие способу нарезания с радиальным движением подачи, не имеют места. Фреза как бы «ввинчивается» в заготовку, поэтому срезания участков боковых поверхностей зубьев нет. Следует, однако, учитывать, что если колесо нарезано с тангенциальным движением подачи инструмента, то сборку передачи с архимедовы червяком не всегда удается осуществить при радиальном вводе его в зацепление с колесом. Приходится и червяк устанавливать в тангенциальном направлении, «ввинчивая» его в колесо. Количество резов, участвующих в профилировании боковых сторон зубьев колеса, определяется не только числами зубьев фрезы и её заходов, но, в большей степени, скоростью осевого движения подачи фрезы. Чем меньше скорость движения подачи, тем большее количество резов приходится на профилирование боковой стороны зуба колеса. Это обстоятельство позволяет нарезать червячные колеса резцом-летучкой, который представляет собой по существу один зуб червячной фрезы (рис. 5.7.). Рис. 5.7. – Схема нарезания червячного колеса резцом-летучкой. Нарезание колес резцами-летучками целесообразно применять в единичном и мелкосерийном производстве. Несмотря на то, что производительность процесса невысока, большие затраты времени на нарезание зубьев компенсируются резким сокращением затрат на проектирование и изготовление зуборезного инструмента. Следует помнить, что если число зубьев колеса кратно числу заходов червяка, все впадины колеса не могут быть спрофилированы при одной наладке станка. В этом случае в процессе обработки колеса приходится осуществлять дополнительное деление на зуб при остановленном станке и разомкнутой кинематической цепи деления станка. Например, если нарезается колесо с числом зубьев z2=36, сцепляющееся с трехзаходным червяком, то вначале обрабатываются 1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31 и 34-й зубья. После поворота (деления на 1/z2) заготовки формируются 2, 5, 8, 11, 14,…, 29, 32, 35-й зубья, а после следующего деления – 3, 6, 9, 12,…, 30, 33, 36-й зубья. Если число зубьев колеса и заходов червяка не кратны, процесс нарезания идет непрерывно. Например, нужно изготовить колесо с числом зубьев z2=23, сцепляющееся с трехзаходным червяком. Резец будет формировать зубья 1, 4, 7, 10,…, 19, 22 при первом обороте колеса; 2, 5, 8, 11,…, 20, 23 – при втором обороте; 3, 6, 9,…, 18, 21 – при третьем обороте колеса. В крупносерийном и массовом производстве для чистовой обработки зубьев червячных колес применяют червячные шеверы. Обработку производят при свободном обкате шевера и колеса, т.е. при разомкнутой кинематической цепи, связывающей инструмент и заготовку. Червячный шевер – червяк, на боковой и вершинной поверхностях которого сделаны канавки для образования режущих кромок (рис. 5.8.) Рис. 5.8. - ?????????? Узкая часть задней поверхности (ленточка f) не имеет заднего угла, это позволяет обеспечить идентичность производящей поверхности шевера и винтовой поверхности червяка, с которым будет сцепляться изготовленное колесо. Для обеспечения этой идентичности витки червяка и шевера шлифуют на одном станке при одной и той же наладке. 5.1.6. Технологические аспекты выбора рационального червячного зацепления Ранее отмечалось, что для правильного сопряжения и полноты контакта поверхности зубьев червяка и червячного колеса, нужно обеспечить идентичность винтовой поверхности червяка и производящей поверхности инструмента для обработки колеса. Этот фактор во многом определяет выбор типа червячной передачи и технологии её изготовления. Радиальное затылование, применяемое для изготовления червячных фрез, не обеспечивает при переточках фрезы, спроектированной на базе эвольвентного червяка, постоянства. Поэтому для чистовой отделки червячного колеса применяют червячный шевер, а червяк после термообработки шлифуют торцом (плоскостью) шлифовального круга на специальном станке. На этом же станке шлифуют витки червячного шевера. Затылование червячных фрез обуславливает неизменность профиля фрезы при переточках только при прямолинейной режущей кромке. Поэтому червячные фрезы изготавливают на базе архимедова червяка с трапецеидальным профилем в осевом сечении или на основе конволютного червяка с трапецеидальным профилем в нормальном сечении. Поскольку у фрезы, изготовленной из архимедова червяка, стружечные канавки располагаются вдоль оси фрезы, контроль профиля зубьев в осевом сечении сравнительно легко осуществлять на серийных приборах или микроскопе. При изготовлении закаленных архимедовых червяков они могут быть точно отшлифованы только кругом с криволинейной образующей поверхности главного движения. Применение кругов с конической поверхностью главного движения приводит к погрешности обработки. Оценивая возможность производства червячной передачи того или иного типа, следует учитывать и тот фактор, что при изготовлении многозаходных архимедовых червячных пар технологические трудности значительно возрастают и точность обработки снижается. С этой точки зрения при изготовлении многозаходных передач предпочтительно эвольвентное червячное зацепление. Червячные передачи с конволютным червяком уступают по точности изготовления архимедовым червячным передачам из-за сложности формообразования инструментов для фрезерования и шлифования червяков и сравнительно больших погрешностей при изготовлении червячных фрез и при нарезании колес. Радиальное затылование позволяет с достаточной степенью точности изготовить червячные фрезы с трапецеидальным профилем в нормальном сечении впадины, т.е. фрезы на основе червяка типа ZN2 при делительном угле подъема витка не более 6-80. Таким образом, при изготовлении многозаходных червячных передач этого типа также возникают сложности технологического характера. Червячную передачу на базе червяка ZN1 с прямолинейным профилем в нормальном сечении витка применяют при нарезании колес резцом-летучкой. Резец в этом случае имеет трапецеидальный профиль. Следует отметить, что изготовление коволютного червяка типа ZN2 с прямобочным профилем в нормальном сечении впадины, а червячного колеса – соответствующего червяку с прямобочным профилем в нормальном сечении витка (тип ZN1), является ошибкой. 6. Сборка машин Сборка является «зеркалом» работы всего предприятия. При сборке выявляются дефекты конструкции, недостатки в работе заготовительных и механических цехов, в организации производства и службы кооперации (снабжения). Трудоемкость сборки составляет в среднем примерно 30% от всей трудоемкости изготовления машин. В крупносерийном и массовом производстве эта доля меньше, а в единичном и мелкосерийном производстве, где выполняется большой объем пригоночных работ, трудоемкость сборки нередко достигает 40-50% от общей трудоемкости изготовления изделия. В связи с этим сборочные процессы имеют важное значение в работе машиностроительного предприятия, а их совершенствование является весьма актуальной задачей. Одним из важнейших показателей качества, обеспечение которого в процессе изготовления машин доставляет наибольшие трудности, является точность. На соответствие этого показателя служебного назначения машины следует обращать внимание в первую очередь. Задачи обеспечения точности сборки наиболее грамотно могут быть решены на основе размерного анализа, т.е. выявления и решения размерных цепей. С помощью размерного анализа можно установить, насколько рациональными являются методы достижения точности, предложенные конструктором для данного изделия. 6.1. Методы достижения точности замыкающего звена и расчета размерных цепей Различают 2 метода достижения точности замыкающего звена: 1. метод взаимозаменяемости 2. метод компенсации Метод взаимозаменяемости имеет 3 разновидности: 1. метод полной взаимозаменяемости 2. метод неполной взаимозаменяемости 3. метод групповой взаимозаменяемости Метод компенсации включает: 1. пригонку 2. регулировку 3. обработку по месту 4. совместную обработку Кроме того, различают 2 метода расчета размерных цепей: 1. Метод расчета на «максимум-минимум», учитывающий только предельные отклонения звеньев размерной цепи и самые неблагоприятные их сочетания. 2. Вероятностный метод расчета, учитывающий рассеяние размеров и вероятность различных сочетаний отклонений составляющих звеньев размерной цепи. При выборе метода достижения точности следует иметь ввиду, что наименьшая трудоемкость сборочных работ обеспечивается при использовании методов взаимозаменяемости, т.к. в этом случае процесс сборки заключается в простом присоединении деталей друг у другу без регулировки или пригонки. 6.1.1. Метод полной взаимозаменяемости При методе полной взаимозаменяемости требуемая точность замыкающего размера размерной цепи достигается путем включения в неё составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений. Метод упрощает и удешевляет сборку машин, облегчает организацию сборочного потока, позволяет решать проблему запасных деталей и узлов, облегчает специализацию и кооперацию предприятия. Пусть требуется обеспечить в определенных пределах зазор (рис. 6.1.). Рис. 6.1. – Схема размерной цепи. По чертежу (6.1.) Преобразуя выражение (6.1.), получим: или , где - поле рассеивания замыкающего звена; m – число звеньев размерной цепи; - допуск на размер . Если поле рассеивания равно допуску замыкающего звена , то можно сказать, что для цепей с параллельными звеньями допуск замыкающего звена равен сумме допусков составляющих звеньев. В общем случае: где - передаточное отношение i-го составляющего звена, характеризующие степень влияния отклонения составляющего звена на отклонение замыкающего звена. Для цепей с параллельными звеньями . Знак «+» относится к увеличивающим, а знак «-» - к уменьшающим звеньям. Предположим, что допуски всех составляющих звеньев будут равны, т.е. , тогда , откуда (6.2.). Как видно из выражения (6.2.), при малом допуске на замыкающий размер и большом числе звеньев допуски на составляющие звенья оказываются чрезмерно жесткими. Поэтому метод полной взаимозаменяемости используется обычно для цепей с широким допуском на замыкающее звено и для малозвенных размерных цепей. Например, для цепей с широким допуском замыкающего звена и для малозвенных цепей типа «вал-отверстие-зазор» (натяг). При методе полной взаимозаменяемости расчет размерных цепей выполняется на «максимум-минимум», т.е. считается возможным случай, когда в пределах одной цепи окажутся звенья с размерами, имеющие предельные отклонения, направленные в наихудшую сторону. В действительности вероятность получения такого сочетания размеров очень мала. В связи с этим и был разработан метод неполной взаимозаменяемости. 6.1.2. Метод неполной взаимозаменяемости Сущность этого метода заключается в том, что, используя некоторые положения теории вероятности, допуски на все составляющие звенья размерной цепи расширяют. При этом есть риск получить какой-либо небольшой процент размерных цепей, у которых размер замыкающего звена выйдет за пределы поля допуска. В случае равенства поля допуска и поля рассеивания размера формула для расчета допуска замыкающего звена имеет следующий вид: , где - коэффициент риска, учитывающий вероятность выхода значения замыкающего звена за пределы установленного допуска; - относительное среднее квадратическое отклонение, характеризующее закон рассеивания размеров или их отклонений; Пусть распределение всех размеров цепи подчиняется нормальному закону. Тогда =1/3, . Если вероятность выхода замыкающего звена за границы поля допуска составляет 0,27%, то коэффициент =3. Для цепи с параллельными звеньями . Сопоставляя формулы, видим, что при использовании методов неполной взаимозаменяемости допуски составляющих звеньев можно расширить в раз по сравнению с методом полной взаимозаменяемости. 6.1.3. Метод групповой взаимозаменяемости Этот метод применяется в основном для размерных цепей с высокой точностью замыкающего звена и малым числом составляющих звеньев. При его использовании детали, обработанные с экономически приемлемыми допусками сортируют на определенное число групп, а точность замыкающего звена достигается путем включения в размерную цепь деталей, принадлежащих к соответствующим группам. Т.е. отверстия и валы изготавливаются с равными допусками по следующей схеме. Без сортировки колебания натяга: . Разобьем детали на n групп. В пределах любой группы колебание в пределах: Т.е. сортировка на n групп уменьшает колебание натяга на n раз. Таким образом, увеличивая число групп, можно получить весьма точные соединения при относительно широких допусках на составляющие звенья. Однако, при этом усложняется контроль, транспортировка и хранение деталей, увеличиваются заделы, следовательно, необходимо стремиться к тому, чтобы число групп было минимальным. Для эффективного применения метода групповой взаимозаменяемости требуется выполнение следующих условий: 1. Необходимо обеспечить равенство допусков сопряженных деталей Та=Тb, т.к. при неравных допусках характер сопряжения для разных групп будет различным 2. Кривые применения размеров сопряженных деталей должны быть одинаковыми (рис. 6.3.,а), т.к. в противном случае увеличится число неукомплектованных деталей и объем незавершенного производства (рис. 6.3.,б). Рис. 6.3. – Линия распределения размеров сопряженных деталей 3. Допуски на размеры деталей нужно устанавливать по возможности минимальными, это обуславливает сокращение числа сортировочных групп. 4. Необходима четкая организация контроля, клеймения, хранения и транспортировки деталей. 6.1.4. Методы компенсации К методам компенсации приходится прибегать в случае, когда допуски, рассчитанные из условий взаимозаменяемости, оказываются слишком жесткими и их обеспечение становится экономически нецелесообразным или даже технически невозможным. При использовании методов компенсации на все звенья размерной цепи назначаются экономически приемлемые допуски, а накопившаяся в результате этого ошибка компенсируются за счет пригонки, изготовления по месту, регулировки или совместной обработки заготовок. При методе пригонки требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера компенсирующего звена путем удаления с него определенного слоя материала. Например, для получения зазора (рис. 6.4.) необходимо измерить фактический размер Аф и подрезать торец втулки-компенсатора 1 в размер . Рис. 6.4. – Схема редуктора с компенсирующим звеном Преимуществом пригонки являются возможность расширения допусков на изготовление деталей, недостатком – необходимость выполнения при сборке дополнительных работ, требующих обычно много времени и высокой квалификации исполнителей. Кроме того, пригонка затрудняет организацию сборочного потока. Поэтому пригонку применяют в единичном и мелкосерийном производстве при изготовлении изделий с многозвенными размерными цепями, имеющими высокую точность замыкающего звена. Сущность обработки по месту заключается в том, что одну из сопряженных поверхностей, например, отверстие втулки, выполняют с расширенным допуском, а другую поверхность, например, шейку вала обрабатывают по результатам измерений первой поверхности. Обработку по месту часто применяют в единичном производстве, например, при ремонте машин. Однако, при наличии систем, позволяющих автоматизировать процессы измерения и обработки сопряженных деталей, метод может применяться в условиях серийного и массового производства вместо метода групповой взаимозаменяемости. При методе регулировки требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера компенсирующего звена без удаления материала с компенсатора. Для этого используют 2 метода: 1. Изменяют положение одной из деталей, которая в этом случае является подвижным компенсатором; 2. Вводят в размерную цепь специальные детали требуемого размера. Такие детали (прокладки, шайбы и т.д.) изготавливаются с определенной градацией размеров и носят название неподвижных компенсаторов. Например, для обеспечения точности зазора (рис. 6.4.) с помощью неподвижного компенсатора необходимо: 1. Измерить фактическое расстояние 2. Рассчитать требуемую величину компенсирующего звена 3. Взять готовую втулку 1 ближайшего размера и включить её в размерную цепь. Такая же задача может быть решена за счет подвижного компенсатора втулки 1 (рис. 6.5.), которую перемещают при сборке до получения нужного размера . Рис. 6.5. – Схема устройства с подвижным компенсатором. Преимуществами метода регулировки являются: 1. Возможность достижения высокой точности замыкающего звена при широких экономически выгодных допусках составляющих звеньев; 2. Ликвидация трудоемких пригоночных работ; 3. Возможность поддержания с помощью подвижных компенсаторов первоначальной точности, если она нарушается, например, вследствие износа. По сравнению с методом взаимозаменяемости при использовании неподвижных компенсаторов недостатком является усложнение процесса сборки, необходимость выполнения определенных измерений и расчетов, увеличение запасов компенсирующих деталей. Поэтому для повышения производительности сборки следует применять контрольные приспособления, таблицы и номограммы, позволяющие заранее измерить сопряженные детали и определить до установки их в узел требуемый для данного комплекта размер компенсатора. При использовании подвижных компенсатором недостатком является усложнение конструкции и увеличение в некоторых случаях числа деталей. Поэтому подвижные компенсаторы целесообразно использовать для размерных цепей: 1. Отличающихся высокой точностью замыкающего звена; 2. Имеющих звенья, величина которых при эксплуатации измеряется вследствие износа или нагрева. Совместная обработка деталей при сборке применяется обычно в тех случаях, когда размеры сопряженных деталей должны быть строго одинаковы. Например, обеспечив при сборке нужное положение корпуса 1 (рис. 6.6.), затягивают винты 2, закрепляющие корпус. Затем в корпусе и основании 3 обрабатывают совместно отверстия под штифты 4 и 5, гарантирующие неизменность положения корпуса. При этом обеспечиваются одинаковые межцентровые расстояния и диаметры отверстий в корпусе и основании. Рис. 6.6. – Схема совместной обработки деталей при сборке.

Рекомендованные лекции

Смотреть все
Машиностроение

Технология машиностроения.Часть 1

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Южно-Уральский государственный университет Кафедра «Техноло...

Автор лекции

Кулыгин В.Л.,Гузеев В.И.,Кулыгина И.А.

Авторы

Машиностроение

Основные положения и понятия в технологии машиностроения

КУРС ЛЕКЦИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ ЛЕКЦИЯ 1. Основные положения и понятия в технологии машиностроения В природе существует ничтожно...

Машиностроение

Технология машиностроения

À.Ã. ÒÊÀ×ЁÂ, È.Í. ØÓÁÈÍ À.Ã. ÒÊÀ×ЁÂ, È.Í. ØÓÁÈÍ ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÌÀØÈÍÎÑÒÐÎÅÍÈß ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÌÀØÈÍÎÑÒÐÎÅÍÈß ● ÈÇÄÀÒÅËÜÑÒÂÎ ÒÃÒÓ ● УДК 621 ББК К5я73 Т484 Р е ц...

Автор лекции

А.Г. Ткачёв, И.Н. Шубин

Авторы

Машиностроение

Технология изготовления поверхностей ракет «воздух-воздух»

Лекция 10 (вечерники) 5. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ РАКЕТ «ВОЗДУХ-ВОЗДУХ» Несущие поверхности ракет – это крылья, рули, дестабилизаторы. Они...

Машиностроение

Технология машиностроения

Министерство образования Республики Беларусь УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ЯНКИ КУПАЛЫ» Г. Б. ЯКУШЕВИЧ ТЕХНОЛО...

Автор лекции

Г. Б. Якушевич

Авторы

Машиностроение

Технология изготовления зубчатого сектора.

Лекция № 3 (продолжение) 3.2.2 Технология изготовления зубчатого сектора. Зубчатые колеса служат для передачи крутящего момента от одного вала к друго...

Технологические машины и оборудование

Основы технологии машиностроения

Digital Proofer Fundamentals of mech... Authored by Ivan Alekseevich Z... 7.0" x 10.0" (17.78 x 25.40 cm) Black & White on White paper 52 pages ISBN-1...

Автор лекции

Жуков И.А., Князев А.С., Князева А.И.

Авторы

Машиностроение

Технология машиностроения

Технология машиностроения (установочная лекция) Перечень тем подлежащих изучению в дисциплине «Технология машиностроения» 1. Сборка машин. Монтаж вало...

Машиностроение

Особенности изготовления элементов привода изделий РВ.

Лекция 11 (вечерники) 7. ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИВОДА ИЗДЕЛИЙ РВ. 7. 1 Основные понятия и определения Для управления полетом, т.е. для и...

Машиностроение

Технология судоремонта

Федеральное агентство морского и речного транспорта Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волжс...

Автор лекции

Курников, А.С., В.А. Орехво, С.Ю. Ефремов

Авторы

Смотреть все