Технология машиностроения.Часть 2

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Южно-Уральский государственный университет Кафедра «Технология машиностроения» 621(07) К906 В.Л. Кулыгин, В.И. Гузеев, И.А. Кулыгина Технология машиностроения Учебное пособие Часть 2 Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» и специальности «Технология машиностроения» направления «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» Челябинск Издательский центр ЮУрГУ 2010 УДК 621.002. 2(075.8) К906 Одобрено учебно-методической комиссией механико-технологического факультета Рецензенты: д.т.н. проф. Султан-Заде Н.М., к.т.н. доц. Звонарёва Л.М. Кулыгин, В.Л. Технология машиностроения: учебное пособие / В.Л. Кулыгин, В.И. Гузеев, И.А. Кулыгина, – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2009. – Ч.2. – 77 с. В учебном пособии рассматриваются вопросы выбора способов получения заготовок деталей, вопросы построения технологических процессов механической обработки различных групп деталей, особенности их базирования, обработки и контроля. Приведены типовые технологические процессы изготовления деталей – представителей различных типов и классов, объединенных одинаковыми конструкторскими и технологическими признаками. Пособие рекомендуется для студентов направлений 150900, 151000, специальностей 151001, 151002, 151003, 220501 и других технологических и конструкторских специальностей. При написании пособия использовались источники [1–10]. УДК 621.002.4(075.8) © Издательский центр ЮУрГУ, 2010 2 ОГЛАВЛЕНИЕ I. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 1. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК……………………………………………….5 2. ОСОБЕННОСТИ БАЗИРОВАНИЯ И ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ…………………………..7 3. ЧЕРНОВЫЕ И ЧИСТОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ПЛОСКОСТЕЙ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ…………………………………………………………..…….8 3.1. Строгание и долбление плоских поверхностей……………..……………..9 3.2. Фрезерование плоских поверхностей……………….…………………….10 3.3. Протягивание плоских поверхностей……………………………………..11 3.4. Шлифование плоских поверхностей………………………….…………..13 3.5. Отделочные методы обработки плоских поверхностей………..………..14 4. ОБРАБОТКА ОТВЕРСТИЙ НА КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЯХ 4.1. Типовые технические требования, предъявляемые к отверстиям корпусных деталей……………………………..…….……..15 4.2. Основные методы обработки отверстий в корпусных деталях…………………………………………………………….….……..16 4.3. Особенности обработки соосных и сопряжённых отверстий в корпусных деталях………………………………………………………..23 5. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ……………………….………26 II. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС 1. ТИПОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЗУБЧАТЫМ КОЛЁСАМ…………………………………………………...…….30 2. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС…………………………………………………………….…31 3. ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС……………………………………………………….………33 4. ЧЕРНОВЫЕ И ПОЛУЧИСТОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС 4.1. Фрезерование модульными фрезами…………………………….………..36 4.2. Фрезерование червячными фрезами……………………………..………..37 4.3. Зубодолбление зубчатых колес…………………………………..………..40 4.4. Протягивания и накатка зубчатых колёс……………………….…………42 4.5. Зубострогание зубчатых колёс…………………………………...………..45 4.6. Зубозакругление зубчатых колёс………………………………………….47 3 5. ЧИСТОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ НЕЗАКАЛЁННЫХ (“СЫРЫХ”) ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС 5.1. Зубошевингование зубчатых колёс………………………………………..47 5.2. Холодное обкатывание зубчатых колёс……………….………………….50 6. ЧИСТОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЗАКАЛЁННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС 6.1. Зубошлифование зубчатых колёс…………………………………………50 6.2. Зубохонингование зубчатых колёс………………………………………..53 6.3. Притирка и приработка зубчатых колёс………………………………….54 7. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС……………………..……………..55 III. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И ТИПОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПРЕДЬЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ……………..……….58 2. НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ РЕЗЦАМИ И ГРЕБЁНКАМИ………………………………………………………………..……..….59 3. НАРЕЗАНИЕ МНОГОЗАХОДНЫХ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ…………….…60 4. НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВРАЩАЮЩИМИСЯ РЕЗЦАМИ…………………………………………….…….62 5. ФРЕЗЕРОВАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ………………………………..63 6. НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТЧИКАМИ И ПЛАШКАМИ…………………………………………………………..………..65 7. ШЛИФОВАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ…………………………………66 8. НАКАТЫВАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ………………………………...69 9. ВЫБОР МЕТОДОВ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ……………..…73 10. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ………………………..76 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………………77 4 I. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 1. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК Корпусные детали машин представляют собой базовые детали, на которые устанавливаются различные присоединяемые детали и сборочные единицы, точность относительного положения которых должна обеспечиваться как в статике, так и в процессе работы машин под нагрузкой. В соответствии с этим корпусные детали должны иметь требуемую точность, обладать необходимыми параметрами жесткости и виброустойчивости, чтобы обеспечивать постоянство относительного положения соединяемых деталей и узлов, правильность работы механизмов и отсутствие вибраций. Корпусные детали машин в общем случае можно разделить по группам (рис. 1.1, см. с. 6). Детали, принадлежащие каждой из групп, имеют общность служебного назначения, что означает наличие одинаковых поверхностей и идентичное по форме конструктивное исполнение. Все это определяет особенности технологических решений, обеспечивающих достижение требуемых параметров точности при изготовлении деталей каждой из групп. Группа 1: корпусные детали коробчатой формы в виде параллелепипеда, габаритные размеры которых имеют одинаковый порядок. К этой группе относятся корпуса различных редукторов, корпуса коробок скоростей, коробок передач, корпуса шпиндельных бабок (рис. 1.1, а). В большинстве случаев основными базами таких корпусов являются плоские поверхности, а вспомогательными базами служат главные отверстия и торцы, предназначенные для базирования валов и шпинделей. Конструкция и размеры корпусов зависят от условий размещения в них необходимых деталей и механизмов. Группа 2: корпусные детали с гладкими внутренними цилиндрическими поверхностями, протяженность которых превышает их диаметральные размеры. К этой группе относятся блоки цилиндров, двигателей и компрессоров, корпуса различных цилиндров и гидрораспределителей, пневмо и гидроаппаратура (рис. 1.1, б), а также корпуса задних бабок станков, обеспечивающих базирование выдвижной пиноли и заднего центра. В соответствии со служебным назначением к внутренним цилиндрическим поверхностям предъявляют требования по точности диаметральных размеров и точности формы. Эти цилиндрические поверхности обычно работают на изнашивание. Поэтому к ним предъявляют высокие требования по шероховатости и износостойкости. Группа 3: корпусные детали сложной пространственной геометрической формы. К этой группе относятся корпуса паровых и газовых турбин, корпуса центробежных насосов, коллекторов, тройников, вентилей, кранов (рис. 1.1, в). Сложная пространственная форма и геометрические размеры таких корпусов предназначены для формирования требуемых потоков движения газов или жидкостей. К этой 5 группе относятся также сложные по форме корпусные детали ходовой части автомашины (картер заднего моста, корпус поворотного рычага и др.). Группа 4: корпусные детали с направляющими поверхностями. К этой группе относятся такие детали как столы, спутники, каретки, салазки, суппорты, ползуны, планшайбы (рис. 1.1, г). В процессе работы эти детали совершают возвратнопоступательное или вращательное движение по направляющим поверхностям, обеспечивая точное относительное перемещение обрабатываемых заготовок или режущего инструмента. Такие корпуса входят в состав несущей системы большинства металлообрабатывающих станков. Требуемая жесткость этих деталей достигается созданием внутренних перегородок и ребер. Отношение высоты плоских столов, спутников, салазок к ширине находится в пределах 0,1...0,18. Группа 5: корпусные детали типа кронштейнов, угольников, стоек и крышек (рис. 1.1, д). Эта группа объединяет наиболее простые по конструкции корпусные детали, которые выполняют функции дополнительных опор для обеспечения требуемой точности относительного положения отдельных механизмов, валов, зубчатых колес. Рис. 1.1. Группы корпусных деталей Заготовки для корпусных деталей получают литьём как в разовые формы (песчаные, оболочковые, по выплавляемым моделям), так и в многоразовые металли- 6 ческие формы (кокили), литьём под давлением, а также в качестве заготовок могут использоваться сварочные конструкции из сортового профильного проката. В качестве исходного материала используются серые или модифицированные чугуны, стали литейных классов, алюминиевые сплавы, реже нержавеющие и жаропрочные стали и магниевые сплавы. Литые заготовки после предварительной механической обработки подвергаются естественному или искусственному старению для снятия внутренних напряжений. Сварные конструкции проходят через термическую обработку непосредственно после сварки всех узлов. 2. ОСОБЕННОСТИ БАЗИРОВАНИЯ И ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ Базирование корпусных деталей выполняется с учётом их конструктивных особенностей и технических требований, предъявляемых к рабочим поверхностям. Часто для этого необходимо создание вспомогательных технологических баз. Наиболее распространенной является схема базирования на плоскость и два отверстия, выполненных с точностью 6–7 квалитетов (рис. 1.2, а) и расположенных на возможно большом расстоянии друг от друга. Для ориентации детали в приспособлении используется установка на два пальца – гладкий и ромбический. Поверхности этих отверстий являются вспомогательными технологическими базами. Рис. 1.2. Возможные схемы базирования корпусных деталей Заготовки деталей фланцевого типа, имеющие основное отверстие базируются по торцу фланца и точно обработанной поверхности буртика (или отверстия) (рис. 1.2, б) Корпуса призматической формы, у которых отверстия малы и не соосны, базируются по трём взаимно перпендикулярным поверхностям, причем в качестве баз можно использовать как наружные, так и внутренние поверхности корпуса (рис. 1.2, в). 7 Корпуса призматической формы, имеющие основные соосные отверстия, базируются на эти отлитые в заготовке отверстия и боковую поверхность корпуса (рис. 1.2, г). Если конфигурация корпуса не позволяет эффективно использовать его поверхности для базирования, то обработку целесообразно выполнять в приспособлении – спутнике. При установке заготовки в спутнике могут быть использованы черновые или искусственно созданные вспомогательные базовые поверхности, причём заготовка обрабатывается на различных операциях при постоянной установке в приспособлении, но положение самого приспособления на разных операциях меняется. Построение технологических процессов при изготовлении корпусных деталей зависит в основном от конфигурации и размеров деталей, объёмов их выпуска (типа производства). При этом основные этапы построения технологических процессов механической обработки корпусных деталей (всех групп) схожи между собой и содержат следующие операции: 1. Черновая обработка базовых поверхностей. 2. Обработка вспомогательных технологических баз в виде отверстий. 3. Черновая и получистовая обработка рабочих отверстий (базирование осуществляется от обработанной плоскости) 4. Черновая и получистовая обработка рабочих плоскостей (базирование осуществляется от обработанного отверстия) 5. Термическая или механическая обработка (искусственное старение) для снятия внутренних напряжений. 6. Чистовая обработка базовых плоскостей и базовых отверстий 7. Чистовая обработка рабочих плоскостей, отверстий, различных конструктивных элементов, характерных для данного типа корпуса (резьбовые отверстия, посадочные и уплотнительные пояса, масляные и водяные каналы и др.) 8. Слесарная обработка, подгонка и регулировка, окончательные испытания и контроль. 3. ЧЕРНОВЫЕ И ЧИСТОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ПЛОСКОСТЕЙ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ При изготовлении корпусных деталей необходимо рассматривать комплекс технологических задач, учитывающих особенности обработки плоских поверхностей и их различных сочетаний. При этом точность обработки плоских поверхностей определяется следующими основными показателями: – прямолинейность поверхностей в продольном и поперечном направлениях; – параллельность отдельных поверхностей между собой; – точность расположением поверхностей под требуемыми углами; – точность расстояний между отдельными поверхностями; – чистота обработки поверхностей; – качество поверхностного слоя, его способностью сохранять точность и износоустойчивость в процессе эксплуатации. 8 3.1. Строгание и долбление плоских поверхностей Строгание – самый простой и старый технологический метод обработки плоскостей. Обработка производится на поперечно и продольно-строгальных станках одним или несколькими резцами. Строгание находит большое применение в мелкосерийном и единичном производстве благодаря тому, что для работы на строгальных станках не требуется сложных приспособлений и инструментов, как для работы на фрезерных, протяжных и других станках. Этот метод обработки является весьма гибким при смене партии обрабатываемых деталей. Однако он малопроизводителен: обработка выполняется однолезвийным инструментом (строгальными резцами) на умеренных режимах резания, а наличие вспомогательных холостых ходов увеличивает время обработки. Кроме того, для работы на этих станках требуются рабочие высокой квалификации. В серийном производстве используются в основном продольно-строгальные станки при обработке крупных деталей с плоскостями больших размеров или для одновременной обработки нескольких коротких деталей. Строгание оказывается производительней фрезерования при обработке крупных отливок и поковок, имеющих большие припуски (до 60 мм на сторону). Обработка таких заготовок может быть выполнена на строгальных станках за один технологический переход при работе с большими глубинами резания. Или же возможно распределение припуска под многорезцовые строгальные головки (рис. 1.3). Обработку отливок и поковок, на поверхности которых имеются значительные неровности, твёрдые места и т.п., в большинстве случаев предпочтительнее производить не фрезерованием, а строганием, с целью предупреждения поломок дорогостоящих фрез больших размеров. Рис. 1.3. Схемы строгания плоскостей При обычной форме резца строгание обычно осуществляется с глубиной резания 3…10 мм, при этом обеспечивается точность поверхностей в пределах 10…12 квалитета и шероховатость в пределах Ra = 3,2…12,5 мкм. 9 3.2. Фрезерование плоских поверхностей Фрезерование в настоящее время является наиболее распространенным методом обработки плоских поверхностей (рис. 1.4). В массовом и серийном производствах фрезерование заменило применявшееся ранее строгание. Операции фрезерования осуществляются на фрезерных станках. Фрезерные станки разделяются на горизонтально-фрезерные, вертикально-фрезерные, универсально-фрезерные, продольно-фрезерные, карусельно-фрезерные, барабаннофрезерные и многоцелевые. V V V V V V V V V V V Рис. 1.4. Схемы фрезерования плоских поверхностей: а) цилиндрическое, б) двустороннее, в) торцевое, г) трёхстороннее Наибольшее распространение получило фрезерование торцевыми фрезами или фрезерными головками (торцевые фрезы со вставными ножами). Это объясняется следующими преимуществами данного вида фрезерования перед фрезерованием цилиндрическими фрезами: – возможно применение фрез больших диаметров, что повышает производительность обработки; – одновременное участие в обработке большего числа зубьев, что обеспечивает более производительную и плавную работу; – отсутствие длинных оправок, что даёт большую жёсткость крепления инструмента и, следовательно, возможность работать с большими подачами (глубинами резания); – возможна одновременная обработка заготовок с разных сторон (например, при использовании барабанно-фрезерных станков). Операции фрезерования характеризуются высокой производительностью и сравнительно высокой точностью. Например, фрезерование поверхности в два перехода (черновой и чистовой) позволяет достичь: 10 – по точности размеров поверхностей до IТ 9; – по шероховатости поверхности до Ra = 6,3...0,8 мкм; – отклонение от плоскостности поверхностей до 40...60 мкм. Одним из способов сокращения основного времени на операциях фрезерования является внедрение скоростного и силового фрезерования. Скоростное фрезерование характеризуется повышением скоростей резания при обработке стали до 350 м/мин, чугуна – до 450 м/мин, цветных металлов – до 2000 м/мин, при небольших подачах на зуб фрезы: – Sz = 0,05...0,12 мм/зуб – при обработке сталей; – Sz = 0,30...0,80 мм/зуб – при обработке чугуна и цветных сплавов. Силовое фрезерование характеризуется большими подачами на один зуб фрезы (Sz > 1 мм). Как скоростное, так и силовое фрезерование выполняется фрезами, оснащёнными твердосплавными и керамическими пластинами. Тонкое фрезерование характеризуется малыми глубинами резания (t ≤ 0,1 мм), малыми подачами (Sz = 0,05…0,10 мм) и большими скоростями резания. 3.3. Протягивание плоских поверхностей Протягивание плоскостей применяется в крупносерийном и массовом производствах с использованием вертикально и горизонтально-протяжных станков, многопозиционных протяжных станков. Основными достоинствами данного метода является высокая производительность, точность и чистота поверхности, высокая стойкость режущего инструмента. Наружное протягивание плоскостей может производиться не только при прямолинейном главном движении протяжки или обрабатываемых заготовок (рис. 1.5), но также и при круговом их перемещении, что создаёт непрерывность процесса. а) б) Рис. 1.5. Схемы протягивания плоскостей: а) продольное; б) прогрессивное 11 Характер работы наружных протяжек позволяет легко осуществлять принцип непрерывной обработки заготовок без остановки станка и обратного хода протяжки. При прямолинейном главном движении это происходит путём передвижения обрабатываемых заготовок относительно неподвижной протяжки при помощи замкнутой цепи (рис. 1.6, а). Так работает горизонтально-протяжной станок непрерывного действия. При круговом главном движении протягиваемые заготовки закрепляются на вращающемся круглом столе и перемещаются относительно неподвижной протяжки (рис. 1.6, б). Так работает карусельно-протяжной станок непрерывного действия. Для протягивания сравнительно больших плоскостей, например цилиндровых блоков автомобилей, применяются мощные полуавтоматические станки тоннельного типа. Рис. 1.6. Непрерывное протягивание заготовок: а) на горизонтально-протяжном станке; б) на карусельно-протяжном станке (1 – протяжка, 2 – заготовки) Ограничениями широкого применения операций протягивания заготовок являются его высокая стоимость и сложность инструмента. Обычно на операциях протягивания используются следующие режимы резания: – подача на зуб Sz = 0,1…0,4 мм/зуб; – скорость резания V = 6…12 м/мин с максимальными припусками до 4 мм и с шириной протягивания до 350 мм. При протягивании обеспечивается точность размеров обрабатываемых поверхностей в пределах 7…9 квалитет и шероховатость поверхностей в пределах Ra = 0,8…3,2 мкм. 12 3.4. Шлифование плоских поверхностей Шлифование плоских поверхностей заготовок осуществляются на плоскошлифовальных станках с прямоугольным или круглым столом, как обычного исполнения, так и с ЧПУ. Плоское шлифование является одним из основных методов обработки плоскостей деталей машин (особенно закалённых) для достижения требуемого качества. В ряде случаев плоское шлифование может с успехом заменить фрезерование. Шлифование плоских поверхностей заготовок может быть осуществлено двумя способами: периферией круга или торцом круга (рис. 1.7, а и 1.7, б) на станках с круглым или прямоугольным столом. На этих операциях шлифования заготовка базируется на плоскость и закрепляется при помощи магнитной плиты. Рис. 1.7. Схемы шлифования плоскостей заготовок: а) периферией круга; б) торцом круга на станках с прямоугольным столом; в) торцом круга на станках с круглым столом Снятие припуска на операциях шлифования плоскостей может осуществляться следующими способами: 13 1. Многопроходное шлифование (поперечная подача круга производится после каждого продольного рабочего хода стола, а вертикальная – после прохода круга по всей поверхности заготовки). 2. Однопроходное (глубинное) шлифование. Шлифовальный круг устанавливается на глубину, равную припуску и при малой скорости перемещения стола обрабатывается заготовка по всей длине. После каждого рабочего хода стола шлифовальный круг перемещается в поперечном направлении на 0,7…0,8 высоты круга. Для чистового рабочего хода стола оставляется припуск 0,01…0,02 мм, который снимается первым способом. Этот способ применяется при обработке заготовок на специальных мощных шлифовальных станках. 3. Шлифование профильным ступенчатым кругом (шлифовальный круг профилируется ступенями фасонными алмазными роликами, при этом припуск, распределённый между ступенями, снимается за один технологический переход). Данные способы шлифования плоскостей, с учётом режимов обработки и характеристик шлифовальных кругов, обеспечивают примерно следующие параметры точности размеров и шероховатости поверхностей: 1. Черное шлифование до 8…9 квалитет, Ra = 1,6…2,5 мкм. 2. Чистовое шлифование до 7…8 квалитет, Ra = 0,4…1,6 мкм. 3.5. Отделочные методы обработки плоских поверхностей Шабрение плоскостей выполняется с помощью специального режущего инструмента – шабера, вручную или механическим способом. Сущность шабрения состоит в соскабливании шаберами слоёв металла (толщиной около 0,005 мм) для получения ровной поверхности после её чистовой предварительной обработки. Шабрение вручную малопроизводительный процесс, требуются большые затраты времени и высокая квалификация рабочего, но при этом обеспечивается высокая точность обработки Механический способ выполняется на специальных станках, на которых шабер совершает возвратно-поступательное движение. Точность шабрения определяется по числу пятен контакта на площади 25х25 мм (при проверке на краску контрольной плитой). Чем больше пятен контакта, тем точнее обработка. Шабрение называется тонким, если число пятен более 22 и Ra ‹ 0,08 мкм, и чистовым, если число пятен контакта 6…10 с Ra < 1,6 мкм. В процессе сборки машин шабрению подвергаются плоские поверхности корпусов (плоскости разъёма, направляющие) и цилиндрические поверхности (вкладыши подшипников, втулки). Процесс трудоёмкий и малопроизводительный, но это один из основных способов достижения требуемой точности пригонки плоских поверхностей при сборке узла. Полирование поверхностей также является методом отделочной обработки. В качестве абразивных инструментов применяются эластичные шлифовальные круги, шлифовальные шкурки. Доводка плоскостей осуществляется на плоскодоводочных станках. Тонкая доводка плоских поверхностей производится притирами при давлении 20... 150 14 кПа, причем, чем меньше давление, тем выше качество обработанных поверхностей. Скорости резания при тонкой доводке небольшие – 2...10 м/мин. С повышением давления и скорости производительность повышается. Одним из перспективных способов отделочной обработки является магнитноабразивное полирование (МАП), позволяющее на разнообразных по физикомеханическим свойствам материалах (сталях, твёрдых сплавах, цветных металлах и сплавах, стекле и других неметаллах) получать низкие параметры шероховатости поверхности с высотой микронеровностей в пределах 0,05–0,40 мкм и благоприятными для эксплуатации другими физико-химическими характеристиками. Роль режущего инструмента при МАП выполняется магнитно-абразивными порошками, которые обладают одновременно высокими магнитными и режущими свойствами. Силы резания создаются с помощью магнитного поля, воздействующего на зерна магнитно-абразивного порошка, размещенного между полюсами магнитного индуктора и обрабатываемой поверхностью. 4. ОБРАБОТКА ОТВЕРСТИЙ НА КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЯХ 4.1. Типовые технические требования, предъявляемые к отверстиям корпусных деталей Корпусные детали в большинстве случаев являются базовыми элементами, в которые устанавливаются различные детали и механизмы, они имеют точные основные отверстия, скоординированные между собой и относительно базовых плоскостей,а также крепёжные, маслоподводные и другие отверстия. К поверхностям отверстий корпусных деталей предъявляются следующие технические требования: – точность диаметральных размеров основных отверстий (опоры валов на подшипниках) соответствует 6…7 квалитету (реже 8 квалитету) точности; – шероховатость поверхности основных отверстий Ra = 0,63…2,5 мкм (иногда до Ra = 0,08 мкм); – допуски формы основных отверстий в поперечном и продольном сечениях – 0,12…0,3 допуска на диаметр отверстия; – отклонение отверстий от соосности – 0,5 допуска на диаметр меньшего отверстия (зависит от типа применяемых подшипников); – отклонение от параллельности осей основных отверстий – 0,02…0,05 мм на 1000 мм длины; – отклонение от перпендикулярности торцовых поверхностей к осям главным отверстий 0,01 – 0,10 мм на 100 мм радиуса; – отклонение межосевых расстояний главных отверстий зависит от степени точности размещенных в корпусе механизмов и передач и равно (0,6…0,7) допуска межосевого расстояния передачи; – допуски расположения крепежных отверстий принимают (0,1…0,2) диаметра крепежного отверстия. 15 4.2. Основные методы обработки отверстий в корпусных деталях Основные отверстия заготовок корпусных деталей обрабатываются на агрегатных одношпиндельных и многошпиндельных станках, универсальных горизонтально-расточных станках с ЧПУ сверлильно-фрезерно-расточной группы, на горизонтальных и вертикальных отделочно-расточных станках. Точность межосевых расстояний, параллельность и перпендикулярность осей, а также соосность отверстий обеспечивается обработкой отверстий с направлением и без направления инструмента. Обработка с направлением инструмента выполняется на горизонтальнорасточных и агрегатно-расточных многошпиндельных и одношпиндельных станках. Обработка основных отверстий без направления может производиться консольно закреплённым инструментом на агрегатно-расточных, горизонтальнорасточных и отделочно-расточных станках, а также на расточных и многоцелевых станках с ЧПУ. Точность расположения отверстий обеспечивается перемещением узлов станка по заданным координатам. Сверлением обрабатываются отверстия с диаметрами от 0,25 мм до 80 мм с применением спиральных свёрл. Использование свёрл больших диаметров ограничивается усилием на приводе станка, необходимым для создания требуемой подачи. При обработке отверстий часто используются кондукторные втулки, которые могут располагаться относительно обрабатываемой заготовки следующим образом (рис. 1.8): – перед обрабатываемым отверстием; – после обрабатываемого отверстия (при обработке уже имеющегося отверстия); – с обеих сторон от обрабатываемого отверстия. Для сокращения числа рабочих позиций при обработке ступенчатых отверстий или отверстий с фаской, используются комбинированные инструменты: свёрла, сверло + зенкер. Зенкерование применяется при обработке отверстий, выполненных в литой или кованой заготовке (черновое зенкерование), а также для обработки отверстий после сверления или чернового зенкерования (чистовое зенкерование). Благодаря более высокой устойчивости зенкера во втулке точность обработки отверстий при зенкеровании существенно выше, чем при сверлении. Точность диаметров отверстий при обработке в разных условиях обеспечивается в пределах 7…12 квалитетов. 16 Рис. 1.8. Типовые схемы обработки отверстий с использованием кондукторных втулок: 1 – обрабатываемая заготовка; 2 – кондукторная втулка; 3 – режущий инструмент Зенкерование может проводиться жёсткозакреплённым инструментом без направления и с направлением по одной втулке или с дополнительным направлением (по передней втулке) по специальному цилиндрическому хвостовику цельного зенкера (рис. 1.9). V V Рис. 1.9. Схемы зенкерования отверстий: а) без направления инструмента; б) с дополнительным направлением. Развертывание служит методом окончательной обработки отверстий в деталях ответственного назначения. Точность диаметра при развёртывании обеспечивается в пределах 7-го квалитета, причем при обработке чугуна точность более стабильна. Параметры шероховатости поверхности при развертывании: 17 – для стали Rа = 5 мкм (при обработке заготовок из мягкой низколегированной стали Rа = 10 мкм); – для чугуна Ra = 2,5 мкм; – для алюминия Ra = 5 мкм. При обработке отверстий на корпусах из чугуна и алюминия с применением СОЖ шероховатость поверхности снижается. Развертывание отверстий осуществляется при плавающем или жёстком соединении инструмента со шпинделем станка с направлением по режущей части инструмента (рис. 1.10, б и 1.10, г) или со специальной направляющей части (рис. 1.10, а и 1.10, в). В большинстве случаев направляющей служит режущая часть инструмента. Достигаемое при этом уменьшение расстояния между торцами втулки и инструмента способствует повышению точности обработки. Однако под влиянием обратной конусности режущей части инструмента точность расположения осей отверстий снижается. Для обеспечения соосности точных отверстий, расположенных в двух или нескольких стенках на одной оси и имеющих достаточный перепад по диаметру, целесообразно применять комбинированные развертки, при этом достигается точность диаметра по 10 квалитету. Рис. 1.10. Типовые схемы развертывания отверстий с направлением: а) по специальной направляющей части инструмента; б) по режущей части инструмента; в) насадными развёртками с направлением инструмента по оправке; г) сверление и развёртывание отверстий комбинированным инструментом Растачиванием обрабатываются полученные в заготовке или предварительно обработанные отверстия при следующих условиях: – обработка отверстий нестандартных диаметров, для которых нет развёрток; 18 – обработка отверстий большого диаметра, при отсутствии соответствующего шлифовального оборудования; – обработка коротких отверстий, при развёртывании которых встречаются затруднения; – обработка некоторых цветных сплавов, трудно поддающихся развёртыванию и шлифованию. Растачивание отверстий может производиться как одиночными резцами, так и резцовыми головками, оснащёнными сменными регулируемыми ножами (рис. 1.11). Растачивание отверстий в зависимости от конфигурации заготовки и схемы её базирования на данной операции производится следующими способами. 1. Заготовка вращается, при этом центр вращения заготовки будет совпадать с центром вращения отверстия. Отверстие получается с точной прямолинейной осью, но возможно появление погрешности формы отверстия в виде конуса. 2. Заготовка неподвижна, а вращается оправка с резцом. В этом случае положение оси отверстия не совпадает с осью заготовки, а формируется за счёт направления перемещения оправки с резцом, но при этом обеспечивается более высокая точность формы отверстия. а) б) в) Рис. 1.11. Схемы растачивания основных отверстий: а) однорезцовое; б) двурезцовое; в) многорезцовое Для получения точности диаметральных отверстий по 5…6 квалитетам используется тонкое алмазное растачивание. Обработка ведётся на высоких скоростях резания (от 100 м/мин до 800 м/мин) с малыми припусками (0,1…0,3 мм на сторону) и малыми подачами (0,02…0,10 мм на оборот). При этом обеспечивается шероховатость Ra = 1,25…0,30 мкм и отклонение геометрической формы (овальность, конусообразность) в пределах 0,003…0,005 мм на диаметрах до 120 мм. Внутреннее шлифование применяется в основном для обработки отверстий диаметром больше 150 мм, а также для заготовок, имеющих твёрдость поверхности HRCэ > 40…45 ед. 19 Шлифованием обеспечивается получение отверстий с диаметральной точностью 5…7 квалитет и шероховатостью Ra = 0,16…0,32 мкм, причём на одной операции можно исправить кривизну оси отверстия и прошлифовать торец, обеспечив перпендикулярность оси торца. Обработка может осуществляться как на неподвижной заготовке (сложные корпуса), так и с вращением заготовки (рис. 1.12). Недостатками метода шлифования отверстий являются: – невысокая производительность (по сравнению с другими подобными методами обработки отверстий); – быстрый износ шлифовального круга; – нежёсткая технологическая система (большой вылет оправки шлифовального круга малого диаметра). Рис. 1.12. Схема шлифования основных отверстий: а) заготовка неподвижна; б) заготовка вращается Хонингование применяется при обработке сквозных гладких отверстий диаметром от 25 до 500 мм в корпусных заготовках, изготовленных, главным образом, из чугуна и стали. С помощью операций хонингования достигается: – точность диаметральных размеров отверстий по 6-му квалитету; – точность геометрической формы отверстий (диаметром до 250 мм) в пределах 0,003…0,004 мм; – параметры шероховатости поверхности Ra = 0,16…0,04 мкм. Однако этот процесс не позволяет исправить положение оси отверстия относительно базовых поверхностей корпуса. Обработка ведётся с помощью специальной хонинговальной головки с раздвижными абразивными или алмазными брусками (рис. 1.13). В зависимости от зернистости брусков, материала заготовки и вида предшествующей обработки припуски на операциях хонингования составляют: – для чугуна 0,02…0,10 мм; – для стали 0,01…0,04 мм. 20 При этом окружная скорость движения хонинговальной головки составляет 50…70 м/мин, а скорость возвратно-поступательных перемещений 10–12 м/мин. Рис. 1.13. Схема хонингования отверстия: 1 – хонинговальная головка с брусками; 2 – заготовка Операции притирки (доводочно-притирочные) применяются в единичном и мелкосерийном производстве для получения высокой точности размеров и геометрической формы отверстий малых и средних диаметральных размеров. Притирка выполняется с использованием абразивных порошков и паст, наносимых на сопряжённую деталь или на специальные притиры. Эта операция не требует применения специального станочного оборудования; её можно выполнять на сверлильных, токарных и других станках или вручную. С помощью притирки обеспечивается требуемый зазор в золотниковых парах у различных корпусов топливной, пневмо и гидроаппаратуры. Раскатывание отверстий является методом окончательной обработки, основанным на пластическом деформировании обрабатываемой поверхности. Раскатывание выполняется на сверлильных, токарных или специальных станках. Режущим инструментом являются различные по конструкции многороликовые раскатки, которые вращаются относительно оси отверстия с частотой n = 20…30 об/мин и совершают осевое перемещение с подачей на оборот So = 1…3 мм/об. При этом ролики, равномерно расположенные по периметру сепаратора, могут свободно вращаться вокруг своей оси. Ролики изготовляются из высококачественных инструментальных сталей; твёрдость после закалки 62…64 HRCэ. Конструкция многороликовых раскатников позволяет в определенных пределах регулировать получаемый диаметр отверстия. Раскатывание выполняется после чистого растачивания, точность отверстия, обрабатываемого под раскатывание, составляет 0,010…0,015 мм. Припуск, оставляемый под раскатывание, равен 0,02…0,05 мм на диаметр. Раскатник не исправляет положения оси отверстия: он самоустанавливается по отверстию, поэтому точность расположения отверстия относительно базы должна обеспечиваться ранее, на соответствующей расточной операции. 21 Обработка методом раскатывания применяется для окончательной обработки сквозных и глухих отверстий в корпусах из различных материалов, способных в холодном состоянии пластически деформироваться. Твёрдость таких материалов обычно не превышает 35...40 HRCэ. На операциях раскатывания обеспечивается достижение следующих параметров: – точность отверстия по 6–9-му квалитетам точности; – параметр шероховатости получаемой поверхности Ra = 0,08…0,16 мкм; – погрешность геометрической формы для отверстий диаметром до 120 мм находится в переделах 0,005…0,008 мм. В результате раскатывания обеспечивается уплотнение поверхностного слоя и повышение его твёрдости на 20%. Производительность раскатывания по сравнению с хонингованием более высокая. В отдельных случаях она увеличивается до 5 раз. Этот метод применяется для окончательной обработки длинных отверстий в стальных корпусных деталях типа корпусов гидроцилиндров, пинолей, поршневых и винтовых насосов, гидравлических стоек и др. Обработка резьбовых отверстий с нарезанием резьбы в корпусных заготовках обычно проводится метчиками (рис. 1.14, а), реже – самораскрывающимися резьбонарезными головками (рис. 1.14, б). Рис. 1.14. Схемы нарезания резьбы в отверстиях корпусов: а) метчиком; б) самораскрывающейся резьбонарезной головкой (1 – шпиндельная головка, 2 – стопор, 3 – шпиндель, 4 – патрон, 5 – самораскрывающаяся головка, 6 – заготовка, 7 – метчик) 22 При нарезании резьбы метчиками стабильно обеспечивается точность резьбы в пределах поля допуска Н6 по ГОСТ 16093. Для получения резьбовых отверстий более высоких классов точности необходимо особенно тщательно изготовлять метчики по диаметру и шагу. Особенно важно, чтобы разность шагов между отдельными витками не превышала 3...5 мкм. Необходимо строго выдерживать средний диаметр резьбы метчиков. Для нарезания резьбы метчиками в заготовках из сталей (особенно вязких легированных) требуются метчики особой конструкции. При этом существенное значение имеет правильный выбор режимов резания и СОЖ. При нарезании резьбы применяется сульфофрезол, масло, 50%-ная смесь масла с керосином или 5%-ная эмульсия Э2. Для устранения опасности поломки метчиков при нарезании резьбы в отверстиях, глубина которых больше трёх диаметров обрабатываемого отверстия, рекомендуется периодически выводить метчик (2–3 раза за время нарезания). В отверстиях диаметром 56 мм и более резьба нарезается с помощью самораскрывающихся резьбонарезных головок. Основные нормативные данные (режимы резания, диаметры отверстий под резьбы и т.д.) остаются такими же, как и при нарезании резьбы метчиками. Точность резьбы несколько ниже точности резьбы, полученной шлифованными метчиками, однако поле допуска Н6 может быть обеспечено с достаточной стабильностью. 4.3. Особенности обработки соосных и сопряженных отверстий в корпусных деталях При обработке корпусных заготовок кроме допусков на размеры поверхностей (плоскости и отверстия) и их взаимное расположение, добавляются допуски на: – соосность двух и более отверстий; – межцентровое расстояние сопряженных отверстий. Для обработки точных соосных отверстий большого диаметра, т.е. отверстий расположенных в нескольких стенках корпуса на одной оси, применяются следующие технологические схемы. 1. Если обрабатываемые отверстия имеют одинаковый диаметральный размер. В этом случае наиболее производительно обрабатывать такие отверстия растачиванием резцами, расположенными в одной оправке одновременно (рис. 1.15). V S Рис. 1.15. Схема расточки соосных отверстий одного диаметра 23 Аналогично ведется обработка соосных отверстий расположенных в одном направлении вдоль оси отверстий заготовки по мере убывания их диаметров. 2. Если обрабатываемое отверстие во внутренней стенке заготовки имеет меньший диаметр, чем отверстия в наружных стенках. В этом случае обработка отверстий возможна в одну установку одновременно с двух сторон двумя расточными оправками (рис. 1.16) или одной оправкой в двух позициях с поворотом заготовки на 1800 (если это позволяет сделать конструкция заготовки). V V S S Рис. 1.16. Схема расточки соосных отверстий с меньшим отверстием во внутренней стенке корпуса Точность соосности отверстий при их обработке по данным схемам зависит от точности монтажа и соосности двух расточных оправок, либо от точности механизма деления при смене позиции заготовки. 3. Если обрабатываемое отверстие во внутренней стенке заготовки имеет больший диаметр, чем в наружных стенках. Обработка ведется одновременно всех отверстий с использованием специальной расточной оправки с механизмом размерного выдвижения резца (рис. 1.17). V Рис. 1.17. Схема расточки соосных отверстий с одной оправки, оснащённой механизмом размерного выдвижения резца Для обработки малых и средних соосных отверстий применяется комбинированный инструмент: сверло-развёртка; сверло-зенкер-развёртка. А для окончательной обработки – длинные развёртки с передним и задним направлением, работающие через кондукторные втулки (рис. 1.18). 24 а) б) Рис. 1.18. Схемы зенкерования соосных отверстий: а) одного диаметра; б) разных диаметров Наилучшие показатели точности по соосности отверстий получаются при обработке одним комбинированным инструментом с одной установки. Гораздо хуже допуск соосности получается при обработке осевым инструментом с разных сторон (две установки, или одна установка и две позиции). Выбор технологических схем обработки сопряженных отверстий для обеспечения допусков межцентровых расстояний зависит от типа производства. Так в мелкосерийном и единичном производствах используютcя следующие способы обеспечения точности расположения отверстий: 1. Универсальная координация положения инструмента. В этом случае до начала обработки производится разметка заготовки с использованием отсчётных устройств перемещения стола и шпиндельной головки. Погрешность обработки зависит от погрешности перемещений элементов станка, например: – по линейкам с нониусом погрешность достигает 0,3 мм; – с оптическим устройством – 0,1 мм; – по индикатору – 0,05 мм. 2. Использование координатного шаблона – шаблон, в котором отверстия расположены с координатами соответствующими заданному расположению осей отверстий заготовки, устанавливается непосредственно на заготовку или на стол станка. Применение шаблона обеспечивает погрешность установки шпинделя в пределах 0,05 мм. 3. Применение координатно-расточных станков, в которых координация шпинделя относительно оси отверстия обеспечивает погрешность межосевых расстояний, погрешность установки составляет не более 0,005 мм. В серийном и массовом производствах одновременная обработка отверстий ведётся на многошпиндельных сверлильных станках, многоцелевых станках с ЧПУ, обрабатывающих центрах. Точность расположения осей отверстий обеспечивается за одну установку и определяется точностью расположения шпинделей и 25 дискретностью перемещений, обеспечиваемых управляющими программами станков. 5. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ При контроле корпусных деталей измеряются следующие показатели технических конструкторских требований: 1. Отклонение от прямолинейности (или плоскостности) и перпендикулярности плоскостей, образующих конструкторские и измерительные базы корпуса. Отклонения от прямолинейности поверхности измеряются с помощью приспособления, представленного на рис. 1.19. Работа устройства основана на методе сравнения проверяемой поверхности с образцовой поверхностью линейки 1 путём передвижения по ней каретки 4 с измерительной головкой 5 и создания контакта пяток каретки с проверяемой поверхностью и контакта наконечника измерительной головки с образцовой поверхностью линейки с помощью регулируемой опоры 2 и неподвижного упора (ролика) 3. Рис. 1.19. Схема контроля прямолинейности плоскости 2. Отклонение формы основных отверстий в поперечном и продольном сечениях заготовки. Измерение осуществляется с помощью индикаторных нутромеров, проходных и непроходных (предельных) калибров – пробок. 3. Отклонение от соосности двух отверстий относительно их общей оси. Измерения производятся с помощью приспособления (рис. 1.20), установленного в проверяемые отверстия корпусной детали и зафиксированным вдоль оси упором 3. Оси двух измерительных головок 4 (измерительных пяток) лежат в общей плоскости двух жестких упоров 2 базирующих мостиков и отстоят от этих упоров на расстоянии, равном половине длины отверстия. Отклонения от соосно26 сти измеряются снятием показаний измерительных головок при вращении их в проверяемых отверстиях на 3600 через определенный угловой интервал, например 600. Максимальные отклонения стрелки измерительной головки определяют радиальные биения отверстий. Погрешность измерения для диапазона диаметров проверяемых отверстий 40…65 мм при диапазоне расстояний между жесткими упорами 150…360 мм составляет не более 0,004 мм. Рис. 1.20. Схема контроля соосности отверстий в заготовке 4. Отклонение от параллельности осей основных отверстий конструкторским базам и между собой. Измерение параллельности осей основных отверстий осуществляется с помощью приспособления (рис. 1.21) с использованием специальных контрольных валиков, устанавливаемых в проверяемые отверстия. Рис. 1.21. Схемы контроля отклонений от параллельности осей основных отверстий 27 5. Отклонение межцентрового расстояния двух основных отверстий. Отклонение межцентрового расстояния двух отверстий измеряется с помощью приспособления (рис. 1.22), которое базируется по торцевой поверхности контролируемой заготовки. При этом палец 1 и подвижный сферический упор 2 под действием пружины 4 соприкасается с внутренними образующими А проверяемых отверстий. При нажиме на толкатель З палец 1 и упор 2 будут соприкасаться с наружными образующими В тех же отверстий. Рис. 1.22. Схема контроля межцентрового расстояния двух отверстий Настройка индикатора 5 на нуль проводится по эталонному образцу. Половина алгебраической разности показаний индикатора даёт значение отклонения от номинального расстояния между осями, причем отклонения диаметров и формы отверстий не влияют на результат измерения. 6. Отклонение от перпендикулярности торцевых поверхностей к осям отверстий. Рис. 1.23. Схема контроля перпендикулярности торца заготовки к оси отверстия 28 Контроль перпендикулярности плоскости А к оси отверстия производится приспособлением, состоящим из оправки 2 с фланцем, закрепленного во фланце упора 1 и измерительной головки 3 (рис. 1.23). Диаметр оправки выполняется равным диаметру проходного калибра. Оправка вводится в отверстие до упора и поворачивается на 180°. Отклонение от перпендикулярности определяется как разность наибольшего и наименьшего значений показаний головки. Зазор между оправкой и отверстием приводит к погрешности измерения. Допускаемая погрешность измерений параметров корпусных деталей берётся из технических требований конструкторского чертежа или устанавливается в зависимости от допуска на параметр поверхности: ∆изм = к Т: где коэффициент к = 0,20…0,35 принимается равным: к = 0,35 для пределов точности IT2…IT5; к = 0,3 для пределов точности IT6…IT7; к = 0,25 для пределов точности IT8…IT9; к = 0,2 для пределов точности IT10…IT17. 29 II. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС 1. ТИПОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЗУБЧАТЫМ КОЛЁСАМ Зубчатые передачи получили широкое распространение благодаря своей универсальности, высокому КПД, возможности применения в широком диапазоне скоростей и мощностей, компактности и надежности. Для обеспечения этих эксплуатационных возможностей предъявляются высокие требования к качеству рабочих поверхностей зубчатых колёс. Для их обработки требуется высокая квалификация и специальная подготовка всех работников. Обработка зубьев и базовых отверстий является одним из самых сложных видов механической обработки, выполняемых на специализированных станках с использованием дорогостоящего специального инструмента. В зубчатых передачах применяются следующие типы зубчатых колёс: – цилиндрические (прямозубые, косозубые, спиральные и шевронные); – конические (прямозубые, косозубые и с криволинейным зубом); – червячные. Также цилиндрические зубчатые колёса могут быть одно и много венцовыми (или блочными) (рис. 2.1). а) б) в) г) Рис. 2.1. Основные типы зубчатых колёс: а) цилиндрические б) конические в) червячные г) многовенцовые В машиностроение применяются в основном цилиндрические зубчатые колёса, обладающие высоким КПД, компактностью и надежностью в эксплуатации. Поэтому основной упор при дальнейшем рассмотрении технологии обработки зубчатых колёс будет делаться на особенности обработки цилиндрических зубчатых колёс. 30 Основные технические требования, предъявляемые к зубчатым колёсам, регламентированы ГОСТами, которые устанавливают 12 степеней точности зубчатых колёс. Каждая степень точности имеет три нормы: – кинематическая точность; – плавность работы; – контакта зубьев в передаче. Так же каждая степень точности имеет шесть видов сопряжений и восемь видов допусков на боковой зазор. Наиболее ответственными поверхностями при обработке зубчатых колёс являются отверстия и опорные торцы, которые принимаются в качестве базовых при нарезании зубьев, контроле и сборке. В таблице приведены допуски на отверстия и опорные торцы типовых цилиндрических зубчатых колес: Номинальный диаметр заготовки, мм До 25 25…100 100…200 200…300 Биение опорного торца, мм Допуск на диаметр отверстия, мм 0,008 – 0,013 0,010 – 0,020 0,015 – 0,030 0,025 – 0,050 0,008 - 0,015 0,013 – 0,025 0,020 – 0,030 0,025 – 0,038 Конусность отверстия на длине 25 мм. 0,005 – 0,008 0,005 – 0,008 0,005 – 0,008 0,005 – 0,008 2. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС В зависимости от назначения, передаваемых нагрузок и условий эксплуатации выбирается материал для изготовления зубчатых колёс. При этом необходимо учитывать и такие требования к материалу как: хорошая обрабатываемость резанием, наименьшее коробление при термообработке, низкая стоимость. В соответствии с основными эксплуатационными требованиями, такими как высокая прочность, износостойкость, долговечность и с учётом технологических требований, для производства зубчатых колёс применяются конструкционные стали: углеродистые (40, 45, 50), углеродистые пониженной прокаливаемости (55ПП), хромистые (20Х, 35Х, 40Х, 50Х), хромоникелевые (I2ХНЗА, 12Х2Н4А, 2ОХНЗА, 20Х2Н4А, 20ХН, 40ХН), хромоникелевые с бором (20ХНР) и с молибденом (20ХНМ, 20ХН2М, 18Х2Н4МА), хромомарганцевые (18ХГ), хромомарганцевые с титаном (I8ХГТ, 25ХГТ, З0ХГТ), с никелем (I4ХГН, 19ХГН), с молибденом и титаном (25ХГМ), хромомолибденовые (20ХМ), хромомарганцевоникелевые с титаном (15ХГНТА, 15ХГН2ТА), с бором (20ХГНР), с титаном и бором (20ХГНТР), с молибденом и титаном (25ХГНМТ), хромомолибденоалюминиевые (З8ХМЮА, 38Х2МЮА). Основными недостатками зубчатых колёс, изготовленных из углеродистых сталей, являются относительно низкая прочность и большое коробление при термообработке. 31 Легированные стали с содержанием хрома, никеля, молибдена и других легирующих элементов используются для изготовления высоконагруженных зубчатых колёс. В связи с малым содержанием углерода поверхностный слой зубчатых колёс, изготовленных из легированных сталей, подвергается цементации и нитроцементации, а из среднеуглеродистых сталей — азотированию. После химикотермической обработки зубчатые колёса из этих сталей имеют более высокую износостойкость, ударную вязкость и сопротивление усталости. Стоимость материала для зубчатых колёс массового производства составляет обычно 50…55% общей стоимости зубчатого колеса. Во многих случаях экономически целесообразнее изготовлять зубчатые колёса из высококачественных легированных сталей, значительно повышающих срок службы колёс, надежность в эксплуатации. Значительно реже для зубчатых колёс используются серые чугуны, пластмассы, слоистые пластики и металлокерамические материалы. Из серого чугуна изготовляются зубчатые колёса, работающие при малых окружных скоростях и передающие небольшие усилия. Зубчатые колеса из слоистых пластиков: текстолита, нейлона и других, работающие при высоких окружных скоростях (40...50 м/с), отличаются отсутствием шума при работе, плавностью передачи и способностью гасить вибрации. При этом они входят в зацепление с колёсами, изготовленными из стали или твёрдого чугуна. Расход металла на изготовление зубчатого колеса и трудоемкость его изготовления в значительной степени зависят от метода получения исходных заготовок. Технологический процесс получения исходной заготовки зубчатого колеса должен обеспечить мелкозернистую структуру и наилучшее расположение волокон материала. К основным технологическим процессам получения исходных заготовок зубчатых колёс относятся: свободная ковка, штамповка на кривошипных ковочноштамповочных прессах, горизонтально-ковочных машинах, поперечно-клиновая прокатка, холодная штамповка, горячая высадка на многопозиционных автоматах, спекание из порошковых смесей в закрытых штампах. Точность исходных заготовок зубчатых колёс, полученных свободной ковкой на ковочном молоте, соответствует 16...17 квалитетам, шероховатость поверхности Ra = 10,0...12,5 мкм. При серийном производстве зубчатых колёс сложной конфигурации и одновенцовых колёс поковки получаются штамповкой в подкладных штампах с точностью 14...16 квалитетов, припуск на последующую обработку составляет 3…4 мм на сторону. В крупносерийном и массовом производстве исходные заготовки большинства цилиндрических зубчатых колёс изготовляются на кривошипных горячештамповочных прессах, многопозиционных горячештамповочных автоматах, горизонтально-ковочных машинах и молотах в закрытых штампах. Поковки, полученные в закрытых штампах, имеют большую точность (11...14 квалитеты), меньшую шероховатость, меньший припуск, больше приближаются к 32 геометрической форме и размерам детали. Если центральное отверстие поковок имеет диаметр 25 мм и выше, то оно прошивается. Перед штамповкой исходные заготовки нагреваются токами высокой частоты (ТВЧ), в пламенных или индукционных печах. При нагревании в пламенных печах на исходных заготовках образуется значительный слой окалины, увеличивающий отходы металла и снижающий срок службы штампов. Нагревание в индукционных печах протекает в 13–15 раз быстрее, чем в пламенных печах, а при применении нейтральной атмосферы обеспечивается отсутствие окалины на заготовках. Для снятия напряжений и улучшения обрабатываемости материала, кованные или штампованные заготовки независимо от оборудования, на котором они получены, подвергаются термообработке – нормализации или отжигу. После термообработки заготовки очищаются от окалины и контролируются по основным размерам, положению внешних поверхностей относительно центрального отверстия и по твердости. В последнее время распространяется изготовление заготовок зубчатых колёс с предварительным получением зубчатого венца, что позволяет сэкономить материал, снизить трудоемкость механической обработки и улучшить расположение волокон материала. Предварительное формообразование зубчатого венца осуществляется штамповкой, горячим или холодным накатыванием зубьев. Полученные заготовки для снятия внутренних напряжений и улучшения их обрабатываемости подвергаются термообработке – нормализации или отжигу. Стальные зубчатые колёса малых наружных диаметров обычно изготовляются из пруткового материала. Заготовки из чугуна и цветных сплавов (иногда из стали) получаются литьём. Этим методом можно получать и зубчатые венцы 10–12-й степени точности без последующей механической обработки. Такие зубчатые колёса используются в сельскохозяйственных и подъёмно-транспортных машинах. У чугунных колёс зубья могут быть отлиты с отбеленной износостойкой поверхностью. Заготовки из пластмасс получаются прессованием и литьём. 3. ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС При проектировании технологического процесса изготовления зубчатого колеса необходимо учитывать следующие параметры: – тип исходной заготовки (штамповка, поковка, прокат, отливка); – габариты зубчатого колеса, степень точности и твёрдость рабочих поверхностей (закалённые или сырые); – тип производства. 33 Примерная технологическая схема изготовления одновенцового цилиндрического зубчатого колеса в серийном и массовом производствах имеет следующую последовательность. 1. Предварительная обработка основных базовых поверхностей – центрального отверстия и одного из торцов. Центральное отверстие обрабатывается на токарно-револьверных станках вместе с черновой обточкой наружной поверхности (рис. 2.2) с использованием резцов (или резцовой головки) или мерного инструмента (сверла, зенкера, развёртки), или же на протяжных станках горизонтального или вертикального исполнения (рис. 2.3) 2. Окончательная обработка зубчатого колеса по наружному контуру (базирование осуществляется по центральному отверстию). Обработка ведется на одно и многошпиндельных токарных полуавтоматах (рис. 2.4), токарных многорезцовых копировальных полуавтоматах. Рис. 2.2. Обработка зубчатого колеса на токарно-револьверном станке 34 Рис. 2.3. Протягивание центрального отверстия: а) горизонтального исполнения; б) вертикального исполнения (1 – зубчатое колесо, 2 – протяжка, 3 – припуск на обработку) Рис. 2.4 Обработка зубчатого колеса на одношпиндельном многорезцовом токарном полуавтомате 3. Нарезание зубьев зубчатого колеса. На этом этапе технологического процесса при изготовлении незакалённых зубчатых колёс обеспечивается точность зубчатого венца, заданная чертежом. В 35 серийном и массовом производствах в зависимости от требуемой точности зубчатого колеса обработка осуществляется по одному из следующих планов: – фрезерование зубьев колеса однозаходной червячной фрезой, затем их шевингование; – фрезерование зубьев колеса одно или двухзаходной червячной фрезой, предварительное и окончательное шевингование; – фрезерование зубьев колеса однозаходной червячной фрезой, их шевингование и обкатывание. В единичном и мелкосерийном производстве вместо червячных фрез используются модульные фрезы или долбяки, а вместо операций шевингования применяются операции притирки или приработки. 4. Зубозакругление зубьев колеса и снятие фасок на зубьях. 5. Полная или частичная (ТВЧ) термообработка зубчатого колеса для обеспечения заданной твёрдости поверхности. 6. Чистовая обработка базовых поверхностей (центральное отверстие и торец) на операциях шлифования и хонингования. 7. Чистовая обработка зубьев зубчатых колёс. 8. Окончательный комплексный контроль. 4. ЧЕРНОВЫЕ И ПОЛУЧИСТОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС 4.1 Фрезерование модульными фрезами Обработка зубчатых колёс с использованием модульных дисковых и концевых фрез осуществляется в единичном и мелкосерийном производстве. В основу кинематики движения при фрезеровании положен метод копирования (рис. 2.5). Метод копирования – метод обработки зубьев колёс с использованием инструмента, рабочий профиль которого соответствует форме впадин между зубьями зубчатого колеса. а) б) Рис. 2.5. Фрезерование цилиндрических зубчатых колёс дисковой (а) и концевой (б) модульными фрезами 36 Режущие элементы дисковых и концевых модульных фрез, работающих по методу копирования, являются копией эвольвенты, описывающей профиль зуба. Форма профиля режущей кромки инструмента зависит от модуля и числа зубьев нарезаемого колеса. Фрезерование методом копирования осуществляется на горизонтально, вертикально и универсально-фрезерных станках. Обычно дисковыми и концевыми модульными фрезами обрабатываются зубчатые колёса не точнее 9-ой степени точности с крупным модулем. Дисковые модульные фрезы, в отличие от концевых фрез, не могут обрабатывать зубчатые венцы без свободного выхода инструмента. Однако конструктивные и технологические возможности у них шире. Их легче сделать сборными, они обеспечивают различные схемы резания, комбинации режущих элементов и др. С помощью сдвоенных дисковых фрез можно значительно повысить производительность обработки, но при этом потребуется специальное оборудование и оснастка. Более производительны методы нарезки дисковыми модульными фрезами путём последовательного фрезерования впадин при использовании делительного многоместного приспособления (рис. 2.6 а), или двумя или тремя дисковыми специальными фрезами, закрепленными на одной оправке (рис. 2.6, б). а) б) Рис. 2.6. Схемы обработки зубчатых колёс дисковыми модульными фрезами Цельные дисковые модульные фрезы обычно изготавливаются из стали Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5 и др. сплавов. Сборные модульные фрезы – из твёрдых сплавов ВК6, ВК8, Т5КI0 и др. Крепёжная часть составных и сборных фрез выполняется из стали 40Х, 45 и др. Профиль зубьев фрез соответствует профилю впадины между зубьями нарезаемого колеса, поэтому пригодны только для нарезания колес с одинаковым числом зубьев. Используются наборы из 8 (m < 8), 15 (m = 9...16), 26 (m > 16) фрез, т.е. каждая фреза из набора нарезает зубчатые колёса с определенным числом зубьев. Например, одна фреза из набора из 8 фрез позволяет нарезать зубья с 12 и 13 зубьями, вторая – с 14, 15 и 16 зубьями и т.д. 4.2. Фрезерование червячными фрезами Процесс нарезания зубчатых колёс червячными фрезами является самым распространенным и наиболее трудоёмким в производстве зубчатых колёс. На зубофрезерных станках червячными фрезами нарезаются зубчатые колеса внешнего 37 зацепления с прямыми и косыми зубьями, конической и бочкообразной формы, червячные колёса, шлицевые валы с различными формами зубьев, звездочки цепных передач и другие детали. Метод нарезания зубьев червячной фрезой экономичен. Червячной фрезой одного нормального модуля и одного угла профиля можно нарезать прямозубые и косозубые колеса с различным числом зубьев и углом наклона линии зуба. Размер обрабатываемого колеса лимитируется параметрами зуборезного станка. Этот метод применяется для чернового и чистового нарезания зубьев под шевингование и шлифование в массовом и серийном производстве. Качество зубчатого колеса при зубофрезеровании червячной фрезой определяется точностью и жёсткостью зубофрезерного станка, точностью заготовки, зажимного приспособления, фрезы и их правильной установкой на станке. При нормальном ведении процесса можно достигнуть 7–8-й степени точности. В основу кинематики движения при фрезеровании червячной фрезой положен метод обкатывания (рис. 2.7). При фрезеровании зубчатого колеса 3 методом обката профиль зубьев образуется червячной фрезой 1 с исходным контуром производящей зубчатой рейки 2 (рис. 2.7, а). Червячная фреза является червяком, нитки винта которого разделены продольными стружечными канавками на отдельные зубья с прямолинейным профилем, у которых в результате затылования образуются задние и боковые углы, необходимые для обработки резанием. Эвольвентный профиль зубьев колеса образуется прямолинейными режущими кромками фрезы в результате их взаимного обката. Рис. 2.7. Схема фрезерования зубьев червячной фрезой На рис. 2.7, б показано, как следующие один за другим зубья 4 червячной фрезы входят в контакт с зубом 5 обрабатываемого колеса и при этом формируется эвольвентный профиль. С кинематической точки зрения, процесс нарезания зубьев колеса червячной фрезой следует рассматривать как рабочее зацепление червяка и червячного колеса. Червячные фрезы конструктивно бывают одно, двух и многозаходные. Однозаходные червячные фрезы применяются в основном для чистовой обработки зубчатого колеса и реже, для чернового зубофрезерования перед операцией шевингования. 38 Многозаходные червячные фрезы с некратным отношением числа заходов к числу зубьев нарезаемых зубчатых колёс рекомендуется использовать для чернового зубофрезерования под последующее шевингование. Нарезание зубьев зубчатых колёс осуществляется попутным или встречным зубофрезерованием (вращение червячной фрезы в направлении подачи или против) с осевой, радиально-осевой или диагональной подачей (рис. 2.8). a) б) в) Рис. 2.8. Схемы фрезерования зубчатого колеса с осевой (а), радиально-осевой (б) и диагональной (в) подачами Зубофрезерование при осевой подаче осуществляется за счёт перемещения инструмента параллельно оси обрабатываемого зубчатого колеса. Данный вид обработки универсален и поэтому широко распространен. Основным недостатком этого способа является большая длина врезания, резко возрастающая с увеличением диаметра применяемой червячной фрезы и угла наклона линии зуба обрабатываемого зубчатого колеса. Зубофрезерование при переменно-осевой подаче, когда величина подачи возрастает только при входе и выходе червячной фрезы из зоны резания, применяется для обработки зубчатых колёс с модулем зубьев до 5 мм и углом наклона линии зуба, при котором путь врезания достаточно велик. Данный вид зубофрезерования позволяет увеличить производительность процесса на 20...35%. Зубофрезерование при радиально-осевой подаче также осуществляется червячной фрезой, которая в начале процесса резания врезается на полную глубину зуба, а затем получает осевую подачу. Зубофрезерование при диагональной подаче осуществляется на специальных зубофрезерных станках при подаче червячной фрезы под углом к оси обрабатываемого зубчатого колеса. При этом осевая подача совмещается с непрерывным перемещением червячной фрезы вдоль своей оси. Перемещение составляет 0,2 мкм за один оборот фрезы. Автоматическое перемещение червячной фрезы может быть шаговое, при котором фреза перемещается на определенное расстояние в осевом направлении после обработки каждого зубчатого колеса, пакета или партии зубчатых колёс. При диагональном зубофрезеровании по сравнению с осевым существенно повышается стойкость червячных фрез вследствие более равномерного износа зубь39 ев по рабочей длине фрезы, обеспечивается малая шероховатость поверхности профиля зуба обрабатываемого зубчатого колеса, улучшается сопрягаемость профилей зубьев прямозубых зубчатых колёс. Зубофрезерование при диагональной подаче используется для обработки нескольких зубчатых колёс одновременно, или зубчатых колёс с широким зубчатым венцом. При данном способе зубофрезерования целесообразно использование более длинных червячных фрез. С целью обеспечения данных подач универсальные зубофрезерные станки с механическими связями оснащается специальными узлами и устройствами, которые трудоёмки в наладке и сложны в эксплуатации. Появление в промышленности многокоординатных зубофрезерных станков с ЧПУ существенно изменило ситуацию. Простым выбором программы функционирования станка стало возможно осуществлять обработку с любым из перечисленных движений подачи или их комбинацией и обеспечить наиболее рациональный метод обработки заготовок данного типа. 4.3. Зубодолбление зубчатых колес Нарезание цилиндрических зубчатых колёс на зубодолбёжных станках производится двумя методами: – методом обкатывания круглыми долбяками или зубчатой рейкой; – методом копирования специальной резцовой головкой. Наибольшее применение в промышленности получил метод обкатывания круглыми долбяками. Обработка этим методом производится на зубодолбёжных станках с одним вертикальным инструментальным шпинделем или на станках с двумя противоположно расположенными горизонтальными шпинделями. Метод обкатывания круглым долбяком более универсален, его технологические возможности значительно шире, чем при зубофрезеровании червячными фрезами. На зубодолбёжных станках методом обкатывания круглыми долбяками можно нарезать зубчатые колёса внешнего и внутреннего зацепления с прямыми и косыми зубьями, с бочкообразной и конической формой зуба. Зубодолбление широко применяется не только там, где вследствие геометрии колеса нельзя использовать зубофрезерование, но и для нарезания стандартных зубчатых колёс высокого качества. Степень точности изготовления зубчатых колёс круглыми долбяками: при применении долбяков класса АА – 6-я, класса А – 7-я и класса В – 8-я (по ГОСТ 1643– 81), шероховатость поверхности Ra = 10–20 мкм. Процесс зубодолбления основан на кинематике движения в зацеплении пары зубчатых колес, одно из которых обрабатываемое колесо, другое — круглый долбяк (шестерня), являющийся режущим инструментом. Долбяк 1 в процессе резания совершает возвратно-поступательное прямолинейное (для прямозубых зубчатых колес) или винтовое движение (для косозубых зубчатых колес) от специального копира и вращается, как и обрабатываемое колесо 2, вокруг своей оси, обкатывая профиль колеса (рис. 2.9, а). Для обработки зубьев колеса на полную глубину долбяку в начале процесса резания сообщается радиальная подача врезания. 40 После каждого рабочего хода обрабатываемое колесо немного отводится от долбяка для уменьшения затупления его режущих кромок. Зубодолбление можно производить за один, два, и более технологических переходов в зависимости от модуля, числа зубьев обрабатываемого колеса, требуемой шероховатости поверхности зубьев, точности изготовления и других параметров. Под переходом понимается один полный оборот обрабатываемого колеса в процессе нарезания зубьев. Рис. 2.9. Схемы нарезания зубьев колеса круглыми долбяками При нарезании зубьев у прямозубых зубчатых колёс применяется прямозубый долбяк, у косозубых – косозубый долбяк. Косозубый долбяк отличается от прямозубого тем, что его режущие кромки перпендикулярны к углу подъёма зубьев колеса. Зубчатые венцы с модулем 1...2 мм обычно обрабатываются круглыми долбяками за один переход, а зубчатые колеса с модулем 2,25...4,00 мм – за два перехода. Применяя высокоскоростные зубодолбёжные станки с максимальным числом двойных ходов в минуту (1200...2500), обладающие повышенными жёсткостью, виброустойчивостью и точностью, в сочетании с инструментом из быстрорежущей стали, можно обрабатывать зубчатые колёса с модулем до 6...8 мм со скоростями резания 50...60 м/мин и окружными подачами долбяка – 0,5...1,0 мм/дв.х. Радиальная подача врезания долбяка, в процессе обработки, обычно находится в пределах 0,015…0,060 мм/дв.х. Более производительным способом обработки зубчатых венцов является контурное зубодолбление многорезцовой головкой (рис. 2.10). Многорезцовая головка состоит из корпуса в виде диска с радиально расположенными пазами, в которых помещаются резцы с профилем, соответствующим профилю впадины обрабатываемого зубчатого колеса. Число резцов в корпусе головки соответствует числу впадин обрабатываемого зубчатого колеса. 41 В процессе обработки многорезцовая головка неподвижна, а обрабатываемое зубчатое колесо 1, закрепленное на рабочем шпинделе зажимного приспособления, совершает возвратно-поступательное движение. Нарезание зубьев производится за несколько двойных ходов рабочего шпинделя. Каждый двойной ход сопровождается радиальной подачей и отводом резцов двумя конусными кольцами, между которыми помещаются хвостовики резцов 2. Рис. 2.10. Схема зубодолбления зубчатого колеса многорезцовой головкой По сравнению с процессом зубодолбления дисковыми долбяками процесс контурного зубодолбления в 10–12 раз производительнее обычного зубодолбления. Точность процессов зубодолбления соответствует 7…8 степеням точности, параметры шероховатости Ra = 5…10 мкм. Данный процесс в основном применяется при предварительной обработке зубьев закрытых венцов зубчатых колёс. 4.4. Протягивания и накатка зубчатых колёс Наиболее производительными процессами обработки зубчатых венцов являются кругодиагональное протягивание и фрезопротягивание дисковыми протяжками. Кругодиагональная протяжка (рис. 2.11) состоит из корпуса 1, размещенного в его пазу ползуна 2 и режущих блоков 4 и 5, расположенных по ее периферии. Во время работы протяжка вращается вокруг своей оси, а ползун кроме вращательного совершает возвратно-поступательное прямолинейное движение в направлении его продольной оси симметрии, проходящей через ось вращения протяжки. Это движение ползуну сообщается механизмом, расположенным в шпинделе станка. В процессе формирования впадины заготовка и ось инструмента неподвижны. При прохождении мимо заготовки сектора протяжки, свободного от резцов, между первым и последним резцами происходит поворот обрабатываемого зубчатого колеса на один зуб и начинается новый цикл без прекращения вращения протяжки. Рабочие циклы следуют один за другим при непрерывном вращении протяжки до тех пор, пока не будут обработаны все зубья нарезаемого зубчатого колеса. 42 Рис. 2.11. Схема кругодиагонального протягивания зубчатых колес Кругодиагональное протягивание применяется при обработке открытых венцов с модулем 3...6 мм и шириной венца до 35 мм. Точность, достигаемая в процессе обработки, соответствует 6…7 степеням точности, Ra = 5…10 мкм. Время обработки одной впадины среднемодульного зубчатого колеса составляет 2…4 с. Производительность процесса в 2–3 раза выше, чем при зубофрезеровании червячными фрезами. Фрезопротягиванием цилиндрических зубчатых колес (рис. 2.12) осуществляется черновая и чистовая обработка впадин между соседними зубьями за один оборот. Рис.2.12. Схема фрезопротягивания цилиндрических зубчатых колес Фрезопротяжка представляет собой диск 1, на периферии которого расположено несколько секций режущих блоков для чистовой и черновой обработки. Каждая секция выполняет определенную функцию при обработке боковых поверхностей зубьев нарезаемого зубчатого колеса. В процессе резания фрезопротяжка вращается с равномерной угловой скоростью, а обрабатываемое зубчатое колесо 2 43 перемещается вдоль своей оси, в момент прохождения свободного от резцовых блоков сектора протяжки нарезаемое зубчатое колесо поворачивается на один зуб. После формирования всех впадин обрабатываемое зубчатое колесо выводится из рабочей зоны. Углы поворота протяжки α определяют зоны чернового, чистого попутного и встречного протягивания. Фрезопротягивание может применяться для обработки прямозубых и косозубых зубчатых колёс. При нарезании зубьев у косозубых зубчатых колёс обрабатываемая заготовка, кроме перемещения в процессе обработки вдоль своей оси, совершает дополнительный поворот в соответствии с профилем винтовой линии. При этом ось нарезаемого зубчатого колеса располагается в плоскости симметрии резцовых блоков инструмента под углом наклона винтовой линии на делительном цилиндре. Точность обработки зубчатых колёс соответствует 7…8 степеням точности, Ra = 5…10 мкм. Накатка зубьев зубчатых колёс основана на пластической деформации поверхностного слоя материала заготовки в холодном состоянии для зубчатых колёс с малым модулем зуба или в нагретом – для зубчатых колёс среднего и большого модулей зубьев. В процессе накатки зубья инструмента, внедряясь в заготовку, формируют впадину, а вытесненный ими металл образует головку зуба зубчатого колеса. Инструмент представляет собой зубчатые колёса с модулем зубьев, соответствующим модулю зубьев накатываемого зубчатого колеса. Материалом режущих зубьев являются хромоникелемолибденовые стали и сплавы твердостью 51,5…59,0 HRCэ. Накатка зубчатых колёс осуществляется в основном двумя методами: при радиальной подаче инструмента и осевой подаче заготовки или инструмента. В первом случае процесс происходит при изменении межосевого расстояния между заготовкой и двумя зубчатыми колёсами инструмента, во втором – расстояние между этими осями не изменяется, а заготовки или инструмент располагаются вдоль своих осей. Для образования симметричного профиля зубьев накатка производится сначала в одном, а затем в обратном направлениях с ускоренным обратным вращением. Процесс горячей накатки осуществляется на специальных станах с предварительным подогревом токами высокой частоты (ТВЧ) обрабатываемой заготовки до температуры 1100…1200°С. При осевой подаче накатываются зубья с модулем до 4 мм и диаметром до 200 мм на длинных штангах с последующей разрезкой их на отдельные зубчатые колёса или на нескольких заготовках, скрепленных в пакет. При радиальной подаче на отдельных заготовках накатываются зубья с модулем более 4 мм. Точность процесса накатки зубьев соответствует 8…9 степеням точности, Ra = 5…20 мкм. При использовании процесса накатки зубьев обеспечивается повышение производительности, уменьшение расхода металла, сокращение оборудования, расходов на металлорежущий инструмент, производственных площадей, а также по- 44 вышение прочности зубьев на 15...35% вследствие уплотнения волокон материала. 4.5. Зубострогание зубчатых колёс Зубострогание зубчатых колёс применяется в основном для нарезания конических зубчатых колёс 7–8-ой степеней точности с прямым и косым зубом. Обработка ведется на специальных зубострогальных станках методом обкатки с использованием нескольких резцов (рис. 2.13). Рис. 2.13. Нарезание конических колес двумя зубострогальными резцами методом обката: 1 – люлька станка, 2 – зубострогальные резцы (два), 3 – заготовка зубчатого колеса; Vp V0 – возвратно-поступательное движение зубострогальных резцов по направляющим люльки (движение резания); Vл – возвратно-вращательное движение резцов вместе с люлькой, согласованное кинематически с Vз – возвратно-вращательным движением заготовки колеса, от которых образуется относительное движение обката; st – возвратно-поступательное движение заготовки, при нарезании каждого зуба служит движением подачи и осуществляет подвод заготовки колеса в исходное положение и отвод; 1/z – прерывистое вращательное движение, осуществляющее периодическое давление заготовки колеса после выхода её из зацепления с резцами 45 При нарезании конических колёс с тангенциальными зубьями линии движения вершин режущих кромок обоих резцов при своем продолжении не проходят через центр станка, а сходится в точке, которая смещена относительно центра. Нарезание конических зубчатых колёс с криволинейными зубьями производится на специальных станках, работающих методом копирования (врезания) и методом обкатки. Режущим инструментом являются резцовые головки (рис. 2.14, а) преимущественно двух типов: цельные и со вставными резцами. Резцовые головки подразделяются на черновые (для черновых переходов) и чистовые (для чистовых переходов). Различаются также одно, двух и трехсторонние резцовые головки. Для чернового нарезания зубьев применяются двух и трехсторонние резцовые головки. Двусторонние головки применяются при нарезании зубьев методом обкатки и методом копирования, а трехсторонние – только при работе методом копирования. Двусторонние головки режут наружными и внутренними резцами, расположенными поочередно. Каждый резец одновременно обрабатывает боковую сторону зуба и часть впадины (рис. 2.14, б). Трехсторонние головки в отличие от двусторонних головок имеют наружные, внутренние и средние резцы. Наружные и внутренние резцы обрабатывают только боковые стороны зуба, а средние резцы – только впадины зубьев (рис. 2.14, в и 2.14, г). Рис. 2.14. Нарезание конического зубчатого колеса с криволинейными зубьями: а) односторонняя резцовая головка; б) схема работы двухсторонней головки; в) и г) схемы работы трехсторонней головки Чистовые резцовые головки – одно и двусторонние, используются главным образом для окончательного нарезания зубьев после чернового нарезания. 46 4.6. Зубозакругление зубчатых колёс У зубчатых колёс, предназначенных для коробок передач и других зубчатых колёс, переключающихся на ходу, для облегчения включения производится закругление торца зубьев на специальных зубозакругляющих станках при помощи пальцевых фрез методом копирования (рис 2.15, а). Рис. 2.15. Закругление зубьев цилиндрических зубчатых колес: а) пальцевой фрезой; б) пустотелой фрезой В процессе работы пальцевая фреза вращается и одновременно перемещается по дуге с возвратно – поступательным движением, огибая кромку зуба обрабатываемого колеса, которое периодически отводится в осевом направлении, поворачивается вокруг оси на один зуб и снова подводится к фрезе. Время обработки каждого торца зуба 1–З сек. Большая производительность достигается при закруглении зубьев пустотелой фрезой, показанной на рис. 2.15, б. 5. ЧИСТОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ НЕЗАКАЛЁННЫХ (“СЫРЫХ”) ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС 5.1. Зубошевингование зубчатых колёс Шевингование дисковым шевером является наиболее распространенным и экономичным методом чистовой обработки зубьев незакалённых (с твёрдостью до 30…33 ед. НRСэ) прямозубых и косозубых цилиндрических колёс с внешним и внутренним зацеплением после зубофрезерования или зубодолбления. Шевингование применяется для повышения точности зубчатого зацепления, уменьшения параметра шероховатости поверхности на профилях зубьев, снижения уровня шума и т.д. Шевингованием можно повысить точность на одну-две 47 степени. Точность зубчатых колёс после шевингования достигает 6–8-й степени, параметр шероховатости поверхности Ra = 0,8…2,0 мкм. Точность зубчатых колёс в процессе шевингования зависит главным образом от их точности после зубофрезерования или зубодолбления и коэффициента перекрытия шевера с обрабатываемым колесом, который должен быть не менее 1,6. При шевинговании можно проводить продольную и профильную модификацию зуба. При образовании продольной бочкообразности исключается опасность концентрации нагрузки на концах зубьев. Модификация эвольвентного профиля зубьев позволяет уменьшить уровень шума и повысить срок службы зубчатой передачи. Модификацию формы зуба проводят также для компенсации деформации в процессе термической обработки. Методы шевингования (параллельное, диагональное, тангенциальное, врезное и их разновидности) различаются направлением подачи, конструкцией шевера и временем обработки. В процессе шевингования шевер и обрабатываемое колесо находятся в плотном зацеплении, а оси их расположены под углом скрещивания. При параллельном шевинговании обрабатываемое зубчатое колесо 1 совершает возвратно-поступательное движение З параллельно своей оси и в конце каждого реверсивного движения перемещается вертикально (ступенчато) к шеверу (рис.2.16, а). Рис. 2.16. Схема шевингования зубчатых колёс: а) параллельное шевингование; б) диагональное шевингование; в) тангенциальное (касательное) шевингование; г) врезное шевингование. 1 – зубчатое колесо, 2 – шевер 48 Несколько последних возвратно-поступательных ходов совершаются без радиальной подачи (калибрующие ходы). Ширина шевера не зависит от ширины зубчатого венца; практически этим методом можно обрабатывать зубчатые колёса любой ширины. Использование шевера при данном методе недостаточно эффективно, резание выполняет лишь среднее сечение длины зуба, поэтому в этой зоне шевер изнашивается быстрее, чем на краях. Параллельное шевингование обычно применяется в мелкосерийном производстве, а при ширине зубчатого венца свыше 50 мм в крупносерийном. При диагональном шевинговании обрабатываемое колесо совершает возвратно-поступательное движение З под углом к оси заготовки (рис. 2.16, б), благодаря чему длина L меньше ширины зубчатого венца колеса. Угол диагонали 35–40° создает оптимальные условия резания и качество обрабатываемой поверхности. При угле диагонали свыше 60° необходимо применять специальный шевер со смещёнными зубцами. Угол диагонали менее 25° не рекомендуется. Другим преимуществом диагонального шевингования, по сравнению с параллельным шевингованием, является сокращение длины подачи стола, что позволяет повысить производительность станка до 50%. При тангенциальном (касательном) шевинговании продольная подача отсутствует, имеется лишь подача З на глубину перпендикулярно оси колеса 1 (рис. 2.16, в). Ширина шевера 2 больше, чем ширина зубчатого венца колеса. Чтобы заменить продольную подачу при снятии стружки, режущие зубцы шевера смещаются относительно торца шевера по винтовой линии. Тангенциальное шевингование обычно выполняется за один двойной ход при постоянном межосевом расстоянии. Тангенциальный метод шевингования более производителен, чем перечисленные ранее; параметр шероховатости поверхности несколько выше. При врезном шевинговании вместо продольной подачи инструмента вдоль оси обрабатываемого зубчатого колеса осуществляется радиальная подача (рис. 2.16, г). Для обеспечения полного охвата поверхности зубьев зубчатого колеса, также как и при касательном шевинговании, используются шеверы с винтовым расположением режущих кромок. Рабочая часть шевера должна быть больше ширины обрабатываемого зубчатого венца. Специфической особенностью шеверов, применяемых при данном виде шевингования, является вогнутость формы их зубьев в продольном направлении для лучшего прилегания к поверхности зуба обрабатываемого зубчатого колеса. Обработка врезным шевингованием позволяет повысить производительность в 2–4 раза по сравнению с производительностью при других способах шевингования. Угол скрещивания осей шевера и колеса определяется как сумма углов наклона линий зуба колеса и шевера при одинаковых их направлениях или как разность при различных направлениях. При обработке сталей принимается оптимальный угол скрещивания у = 10–15°, а чугуна и пластмассы – до у = 20°. При параллельном и диагональном шевинговании с углом диагонали до 60° бочкообразная форма зуба обеспечивается обработкой на шевинговальном станке путём качания стола во время его возвратно-поступательного движения. Качани49 ем стола обеспечивается более глубокое врезание зубьев шевера на концах зубьев колеса, чем в середине венца, постепенно уменьшая толщину зуба от середины к торцам. 5.2. Холодное обкатывание зубчатых колёс Холодная обкатка – применяется для окончательной обработки боковых поверхностей зубьев незакаленных зубчатых колёс вместо шевингования. Процесс осуществляется без снятия стружки путём пластического деформирования металла специальным инструментом, имеющим форму цилиндрического зубчатого колеса 4...5 степеней точности. Инструмент изготовляется из стали марок Р18, Р6М5, Х12Ф1 и др. твердостью 59...61 ед. НRСэ. Обкатка может осуществляться одним, двумя или тремя зубчатыми накатниками. Наиболее широко в условиях массового производства применяется обкатка двумя зубчатыми колёсами, расположенными горизонтально или вертикально. Преимущество данного способа заключается в том, что силы, создаваемые зубчатыми колёсами в процессе обработки, взаимно уравновешиваются. Обрабатываемое зубчатое колесо устанавливается на одну оправку между зубчатыми колёсами. Оси инструмента и зубчатого колеса параллельны. Зубчатые колёса инструмента синхронно вращаются независимо друг от друга. В процессе обработки расстояние между инструментом и зубчатым колесом постепенно уменьшается, и при достижении беззазорного зацепления начинается процесс обкатки с определенным усилием. Припуск под обкатку должен быть 0,02...0,04 мм, т.е. в 1,5–2,0 раза меньше, чем при шевинговании. В противном случае на боковых поверхностях зубьев образуются складки и местные скопления металла. Процесс обкатки по сравнению с зубошевингованием позволяет увеличить производительность в 4…5 раз, уменьшить уровень шума зубчатых колес на 2…3 дБ, снизить значения параметра шероховатости поверхностей зубьев до Ra = 0,16 мкм, повысить твёрдость и износостойкость профилей зубьев. Точность обработки зубчатых колёс может быть повышена на 1…2 степени. Основное время обработки зубьев с модулем 2,5 мм и числом зубьев не более 35 составляет 4...8 с. Колеса, изготовленные обкаткой, в процессе термообработки вследствие более однородной структуры деформируются меньше, чем зубчатые колеса, изготовленные шевингованием. 6. ЧИСТОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЗАКАЛЁННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС 6.1. Зубошлифование зубчатых колёс Среди чистовых методов обработки зубьев шлифование имеет ряд преимуществ. Этот метод обеспечивает самую высокую точность обработки (до 3 степени точности) и малую шероховатость поверхности. Шлифование позволяет устранять неизбежные деформации при закалке и производить профильную и продольную модификацию зубьев для повышения эксплуатационных показателей. 50 Зубошлифование широко используется для обработки зубчатых колёс авиационной техники, станков, измерительных колёс, шеверов, долбяков, накатников и т.д. В настоящее время применяются два метода шлифования цилиндрических зубчатых колёс: копирования и обкатки. Шлифование методом копирования (рис. 2.17) осуществляется профильным шлифовальным кругом, профиль которого обычно соответствует профилю впадины зуба колеса. Обрабатываемое колесо 4 в процессе шлифования, оставаясь неподвижным, совершает возвратно-поступательное движение, а вращающийся шлифовальный круг 1 перемещается вдоль зуба колеса, получает периодическую подачу на глубину шлифования и окончательно шлифует одну или обе стороны зубьев колеса одновременно. Правка шлифовального круга производится алмазами при помощи приспособления 2, работающего по принципу пантографа и копиров 3. Недостатком данного метода является большой износ шлифовального круга, поэтому при последовательном шлифовании появляется погрешность профиля между первым и последним зубом. Рис. 2.17. Шлифование зубьев методом копирования Шлифование методом непрерывного обкатывания абразивным червяком аналогично зубофрезерованию, где вместо червячной фрезы применяется одно или двухзаходный абразивный червяк с реечным профилем зуба (рис. 2.18). В процессе шлифования абразивный червяк 2, находясь в зацеплении с зубьями обрабатываемого колеса 1, в результате движения обкатки осуществляет формирование эвольвентного профиля зуба. Основным преимуществом этого метода является высокая производительность, которая достигается благодаря непрерывному процессу резания, применению многозаходных червяков и одновременной обработки обоих профилей зуба при движении деталей вверх и вниз. Наибольшая производительность достигается при обработке зубчатых колёс с модулем до 4–5 мм. 51 Другая особенность метода – высокая точность обработки по шагу зуба, погрешности профиля и направления зуба исправляются в меньшей степени. Форму эвольвенты рекомендуется проверять после каждой правки абразивного червяка. Радиальное биение, погрешности направления зуба возникают в результате некачественного изготовления технологической оснастки, заготовки и неточной наладки станка. Погрешности в направлении зуба возникают также при изменении угла подъёма нитки червяка по мере уменьшения его диаметра. Рис. 2.18. Шлифование зубьев методом обкатки абразивным червяком Шлифование методом обкатывания с делением двусторонним коническим кругом (рис. 2.19). Эвольвентный профиль зубьев обрабатываемого колеса 2 обкатывается по прямому профилю шлифовального круга 1, воспроизводя зацепление обрабатываемого колеса с производящей рейкой З. Движение обкатки, состоящее из возвратно-поступательного движения колеса вокруг своей оси и продольного его перемещения от центра, осуществляется сменными колёсами гитары деления и гитары обкатки. В зависимости от требуемой точности и производительности стороны зуба шлифуются одновременно или поочерёдно. Преимуществом метода является высокая производительность и точность обработки, короткое время переналадки станка, широкая универсальность. Наиболее рационально его применение для изготовления зубчатых колёс с модулем свыше 4–5 мм. Рис. 2.19. Шлифование методом обкатки двусторонним коническим кругом Шлифование методом обкатки с делением двумя тарельчатыми кругами (рис. 2.20). Шлифовальные круги 1 устанавливают под углом, равным 0° (рис. 2.20, а) или под углом зацепления (рис. 2.20, б). 52 Vкр Vкр Vкр а) Vкр б) Рис. 2.20. Шлифование колёс методом обкатки двумя тарельчатыми кругами Преимущество метода – более короткий путь обкатки, простота в достижении продольной и профильной модификации зуба. Каждый круг обрабатывает одну боковую сторону зуба колеса. Обрабатываемое колесо 2 кроме возвратнопоступательного движения получает обкаточное движение. Благодаря простой и короткой кинематической цепи движения обкатки достигается высокая точность обработки. Тарельчатый круг в процесс шлифования касается обрабатываемой боковой поверхности зуба лишь небольшим участком периферии. Благодаря небольшой и быстро перемещающейся контактной площадке по поверхности зуба выделяется небольшое количество тепла, что позволяет производить шлифование без охлаждения. Повышенный износ круга автоматически компенсируется. К недостаткам процесса шлифования следует отнести шлифовочные прижоги, трещины и т.д., которые зависят от многих причин: характеристики шлифовального круга, СОЖ, режимов резания и т.д. Ухудшение поверхности в форме пятнистости, снижения твёрдости и образования трещин чаще всего выявляется при снятии большого припуска на высоких скоростях. Наиболее эффективным средством выявления прижогов или отпуска у ответственных зубчатых передач является травление. 6.2. Зубохонингование зубчатых колёс Хонингование зубьев применяется для чистовой обработки зубьев закаленных прямозубых и косозубых зубчатых колес. В процессе хонингования обрабатываемое зубчатое колесо, введённое в плотное зацепление с абразивным зубчатым хоном, выполненным в виде цилиндриче53 ского зубчатого колеса, вращается и совершает возвратно-поступательное перемещение. Направление вращения хона меняется на каждом рабочем ходу стола. Угол скрещивания осей инструмента и обрабатываемого зубчатого колеса принимается в пределах 10…15°. Хонингование зубьев применяется, главным образом, для уменьшения значения параметра шероховатости поверхности до Ra = 0,32…1,25 мкм, удаления забоин и заусенцев до 0,25 мм с боковых поверхностей зубьев закалённых зубчатых колёс, обработанных шевингованием, снижения уровня шума на 2…4 дБ. Помимо уменьшения уровня шума обеспечивается снижение нагруженности зубьев на 15…20%, что позволяет повысить их долговечность примерно в 1,5 раза. В процессе хонингования с обрабатываемых поверхностей зубьев удаляется слой металла около 0,01…0,03 мм. Специальный припуск для хонингования не назначается. Хонингование может осуществляться двумя методами: – с радиальным нагружением при беззазорном зацеплении хона и обрабатываемого зубчатого колеса; – с окружным нагружением, когда хон и зубчатое колесо имеют боковой зазор при постоянном межосевом расстоянии. Наибольшее распространение в автомобилестроении получил первый метод. Зубчатый хон изготовляется с тем же модулем зубьев, что и обрабатываемое зубчатое колесо, но большего диаметра. Диаметр хона выбирается в пределах 220…250 мм при активной ширине венца 25 мм. Число зубьев хона не должно быть кратным числу зубьев обрабатываемого зубчатого колеса. Хонингование зубьев осуществляется хонами на эпоксидной основе и хонами, изготовленными на стальной основе с гальваническим покрытием зубьев алмазными и другими порошками. Процесс хонингования осуществляется с частотой вращения хона 180…200 об/мин, продольной подачей 25...150 мм/мин при числе рабочих ходов стола 4–6. Среднее время хонингования одного зубчатого колеса составляет 30...60 с. Параметр шероховатости обработанных поверхностей зубьев находится в пределах Ra = 1,25...0,32 мкм. 6.3. Притирка и приработка зубчатых колёс Притирание зубьев зубчатых колёс применяется для улучшения качества поверхности и устранения незначительных погрешностей, возникающих при термической обработке. Притирание может осуществляться как при параллельном расположении осей притира и колеса (рис. 2.21, а), так и при скрещенных осях (рис. 2.21, б). При втором способе достигается более высокая точность и большая производительность. Чугунные шестерни – притиры смазываются пастой из смеси мелкого абразивного порошка и масла. 54 Рис. 2.21. Схема притирания зубьев зубчатых колёс: а) при параллельном расположении осей притира и колеса; б) при скрещенных осях (1, 3 и 4 – притиры, 2 – зубчатое колесо) Приработка зубьев применяется для улучшения качества поверхности и повышения плавности работы зубчатых колёс, предназначенных для совместной работы. Зубчатые колёса вводятся в зацепление и при смачивании смесью масла и абразивного порошка попеременно вращаются в разных направлениях со скоростью 1…1,5 м/с, взаимно перемещаясь в осевом направлении. 7. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС Высокое качество зубчатых колёс достигается при их систематическом контроле на протяжении всего технологического процесса изготовления. Важнейшими поверхностями зубчатых колёс являются базовые поверхности и зубчатый венец. Высокие требования к точности геометрических размеров, форме деталей и шероховатости поверхностей предопределяют следующие виды технологического контроля зубчатых колёс: – операционный контроль, который осуществляется наладчиками и рабочими непосредственно на рабочих местах в течение смены, после смены инструмента и наладки станка; – межоперационный выборочный контроль, выполняемый работниками ОТК на специально отведенных контрольных постах, в объеме 3...20% выпуска деталей; – окончательный контроль, производимый работниками ОТК перед отправкой деталей в термический цех или на сборку. Контроль основных параметров зубьев зубчатых колёс производится в измерительных лабораториях после смены инструмента или наладки станка. Для каждой степени точности зубчатых колёс установлены нормы кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев в передаче, а также допуски на боковой зазор в сопряжении. Для контроля зубчатых колёс завод-изготовитель может выбирать любое комбинирование норм исходя из условий работы передачи, требуемой точности измерительных средств, размеров зубчатых колёс. 55 Типовые погрешности цилиндрических зубчатых колес указаны на рис. 2.22. Рис. 2.22. Типовые погрешности цилиндрических зубчатых колёс Перспективным на заводах массового производства является применение для контроля цилиндрических зубчатых колёс автоматических линий. Одна из них показана на рис. 2.23. Линия состоит из трех измерительных приборов. На первом (прибор 9) контролируется колебание межосевого расстояния в плотном двухпрофильном зацеплении измерительного и проверяемого зубчатого колеса при повороте его на один оборот и на одном зубе; на втором (прибор 14) кинематическая погрешность при номинальном межосевом расстоянии и при однопрофильном зацеплении проверяемого и измерительного зубчатых колес. Рис. 2.23. Схема автоматической линии для контроля зубчатых колёс 56 Контроль формы и расположения пятна контакта на зубьях при зацеплении со специальным измерительным колесом осуществляется на третьем приборе 19. Зубчатые колёса по конвейеру 1 поступают в моечный агрегат 2 и обкатное устройство 3 с тремя зубчатыми колёсами для снятия забоин и заусенцев. Затем зубчатые колёса поштучно через отсекатель 4 поступают на толкатель 5, который перемещает их в захват 6 робота 7. После поворота захвата с деталью на 90° деталь перемещается в прибор 9 для измерения колебания межосевого расстояния. После измерения, захват 8 устанавливает зубчатое колесо в накопитель 10. Из накопителя 10 с помощью аналогичных манипуляций робота 12 с захватами 11 и 13, накопителя 15, робота 17 с захватами 16 и 18 зубчатое колесо устанавливается на прибор 14 для контроля кинематической точности при однопрофильном зацеплении и на прибор 19 для проверки пятна контакта на экране телевизора. Проверенные зубчатые колёса захватом 18 передаются в сортировочное устройство 20 с наклонными желобами, где колёса разделяются на годные и бракованные. Все три прибора управляются одним миникомпьютером, с помощью которого осуществляются измерение, сортировка и анализ полученной информации. Время контроля, включая время на установку и снятие зубчатого колеса, 30 с. 57 III. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И ТИПОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПРЕДЬЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ Резьбовые поверхности классифицируются по конструктивным и эксплуатационным признакам. По конструктивным признакам классификация осуществляется следующим образом: – по форме поверхности: цилиндрическая и коническая; – по расположению на детали: наружная и внутренняя; – по форме профиля: треугольная резьба, трапецеидальная, прямоугольная, круглая, упорная, ленточная; – по числу заходов: однозаходная резьба и многозаходная; – по направлению угла подъёма резьбы: правая и левая; – в зависимости от единицы измерения размеров: метрическая и дюймовая. Метрические резьбы имеют угол профиля 60°, вершины выступов срезаны, а дно впадин закруглено (рис. 3.1). Метрические резьбы делятся на резьбы с крупным и мелким шагом. Дюймовые резьбы имеют треугольный профиль с углом 55°, а диаметр их изменяется в долях дюйма. Рис. 3.1. Основные элементы метрической резьбы: a – угол профиля; P – шаг резьбы; D, d – наружный диаметр; D2, d2 – средний диаметр; D1, d1 – внутренний диаметр По эксплуатационным признакам различаются резьбы общего назначения и специальные. К резьбе общего назначения относятся крепёжная резьба, кинематическая, трубная и круглая. Специальной является резьба, применяемая для деталей определённого типа. В машиностроении не менее 2/3 общего числа резьбовых деталей составляют крепёжные детали. 58 ГОСТ 9150–81 регламентирует резьбы как: точные, средние и грубые. Поле допуска резьбы получается сочетанием полей допусков среднего (D2 и d2) диаметра и диаметра выступов (D1 и d). Поле допуска каждого диаметра резьбы образуется сочетанием степени точности (с 3 по 9) и основного отклонения. Установлены следующие основные отклонения: нижние для болтов – d, e, f, g, h; верхние для гаек – H, G, F, D. 2. НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ РЕЗЦАМИ И ГРЕБЁНКАМИ Треугольная резьба часто нарезается на токарно-винторезных станках резьбовыми резцами, т.е. резцами обычного типа, заточенными под требуемым углом (60° для метрической резьбы и 55о для дюймовой). Получение профиля резьбы обеспечивается соответствующим профилем резьбового резца, который должен быть заточен очень точно, и правильной установкой резца относительно детали (рис. 3.2 и рис. 3.3). Резец должен быть расположен строго перпендикулярно оси центров станка, так как в противном случае резьба получится с перекосом. Кроме того, передняя поверхность резца должна быть расположена по высоте оси центров станка. При другом её положении резьба будет нарезана с неправильным углом. Рис. 3.2. Резцы для нарезания резьбы: а) призматический резец; б) круглый резец; в) пружинная державка для призматического резца Высокие требования, предъявляемые к заточке резцов и сохранению правильного профиля, привели к внедрению в производство фасонных резьбовых резцов – призматических (рис. 3.2, а) и круглых (рис. 3.2, б). У этих резцов размеры элементов профиля резьбы выдерживаются более точно, чем у обычных резцов, так как такие резьбовые резцы затачиваются по передней поверхности, а отшлифованные при изготовлении задние поверхности сохраняют профиль неизменным. Для улучшения качества поверхности резьбы часто применяются подпружиненные державки (рис. 3.2, в). 59 При скоростном нарезании резьбы происходит небольшое искажение её профиля: угол профиля нарезаемой резьбы получается всегда больше угла при вершине резца примерно на 1°. Поэтому рекомендуется применять резцы с углом профиля, равным углу профиля нарезаемой резьбы, уменьшенному на 1°. Рис. 3.3. Схемы нарезания резьбы одним резцом: а) наружной резьбы на валу; б) внутренней резьбы в отверстии Данные схемы обработки применяются и при нарезании прямоугольных и трапецеидальных резьбовых поверхностей. Для повышения производительности обработки применяются державки с двумя резцами или гребёнки. Особенно целесообразно и экономично применять гребёнки при изготовлении больших партий одинаковых деталей. Гребёнки можно использовать только для предварительного нарезания. Гребёнки бывают плоские, тангенциальные и дисковые с кольцевыми и винтовыми канавками. Плоские гребёнки применяются для нарезания треугольной резьбы с малым углом подъёма; тангенциальные – для нарезания треугольной резьбы с большим углом подъёма. Круглые гребёнки затачиваются только по передней поверхности, при этом допускается большое число переточек и, значит, они имеют большой срок службы и более удобны при эксплуатации. 3. НАРЕЗАНИЕ МНОГОЗАХОДНЫХ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Нарезание многозаходной резьбы любого профиля начинается так, как если бы требовалось нарезать однозаходную резьбу с шагом, равным длине хода. Весьма просто нарезается многозаходная резьба при помощи поводкового патрона с несколькими пазами; количество пазов должно равняться количеству заходов винта или быть кратным этому количеству (рис. 3.4, а). Большое распространение имеет метод нарезания многозаходных винтов при помощи специальной планшайбы (рис. 3.4, б) с двумя дисками. На токарных станках, имеющих передачу к ходовому винту через сменные зубчатые колёса, многозаходные резьбы можно нарезать при помощи промежуточного колеса и колеса, сцепляемого с ним на гитаре. Данный метод применяет- 60 ся, если число зубьев колеса делится на число заходов резьбы, в противном случае либо подбирают другие колёса, либо пользуются другим методом. Рис. 3.4. Поводковые патроны для нарезания многозаходной резьбы: а) с 4-мя пазами; б) со специальной планшайбой Менее точным, но не требующим никаких приспособлений, является нарезание при помощи передвижения верхних салазок суппорта с резцом на величину расстояния между заходами резьбы. Многозаходную резьбу можно нарезать при помощи многорезцовых державок. На рис. 3.5, а показан резцедержатель для двух резцов, нарезающих одновременно двухзаходную резьбу. Рис. 3.5. Резцедержатели для нарезания двухзаходных резьб: а) резцедержатель для двух резцов; б) специальное приспособление с двумя резцедержателями На рис. 3.5, б показано приспособление для нарезания двухзаходной резьбы, состоящее из переднего 1 и заднего 2 резцедержателей, соединенных поперечным 61 винтом 3 с правой и левой резьбой. Это приспособление может применяться и для нарезания однозаходной резьбы. 4. НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВРАЩАЮЩИМИСЯ РЕЗЦАМИ Нарезание наружной резьбы вращающимися резцами (или вихревое нарезание) осуществляется при более сложной кинематики движения инструмента и детали. Заготовка, на которой должна быть нарезана резьба, закрепляется в центрах токарно-винторезного станка или в патроне. В процессе работы она медленно вращается. В специальной головке, установленной на суппорте станка (рис. 3.6, а), закрепляется резец с пластинкой твёрдого сплава. Ось резьбовой головки, вращающаяся от специального привода, расположена эксцентрично относительно оси обрабатываемой заготовки. Периодически резец соприкасается с нарезаемой поверхностью по дуге и за каждый оборот головки прорезается на заготовке серповидная канавка, имеющая профиль резьбы. Vp Vp Рис. 3.6. Схема нарезание резьбы вращающимися резцами: О–О1– расстояние между осями вращения заготовки и резца Вихревое нарезание наружной резьбы с внешним касанием может производиться и по схеме, изображенной на рис. 3.6, б. На практике нарезание резьбы по этой схеме применяется реже, из-за образования более короткой и толстой стружки и получения менее чистой поверхности резьбы. При вихревом нарезании резьбы скорость резания, соответствующая скорости вращения резца, принимается в пределах от 150 до 450 м/мин, круговая подача берется от 0,2 до 0,8 мм за один оборот резца. В некоторых конструкциях резьбовых головок для вихревого резьбонарезания закрепляется не один, а два или четыре резца (рис. 3.7, а). Так у четырёх резцовых головок два резца прорезают канавку, третий придает ей профиль резьбы, четвертый удаляет заусенцы. При нарезании внутренней резь- 62 бы заготовка закрепляется в патроне станка, резец – в оправке головки, которая устанавливается на суппорте станка (рис. 3.7, б). б) Vд Vр Рис. 3.7. Вихревое нарезание резьбы вращающимися резцами: а) головка для четырех резцов; б) схема нарезания внутренней резьбы Нарезать резьбу вихревым методом можно на токарно-винторезных, резьбонарезных и резьбофрезерных станках при помощи специальных устройств. 5. ФРЕЗЕРОВАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Фрезерование наружной и внутренней резьбы широко применяется в производстве с использованием двух типов фрез: – дисковых фрез; – групповых фрез. Фрезерование дисковой фрезой применяется при нарезании резьбовых поверхностей с большим шагом и крупным профилем. 63 Нарезание дисковой фрезой обычно производится за один переход, но иногда, для очень крупных резьб, обработка проводится за два или три перехода. Профиль фрезы соответствует профилю резьбы, ось фрезы располагается под углом α по отношению к оси заготовки, который равен углу наклона резьбы (рис. 3.8, а). Дисковые фрезы для нарезания резьбы применяются симметричные (рис. 3.8, б) и несимметричные (рис. 3.8, в) в зависимости от конструкции станка. n Vф а) б) в) а) б) в) Рис. 3.8. Схемы фрезерования резьбы дисковыми фрезами: а) смещение осей фрезы и нарезаемой заготовки на угол α; б) фреза симметричного профиля; в) фреза несимметричного профиля Фрезерование групповой фрезой применяется для получения коротких резьбовых поверхностей с мелким шагом (рис. 3.9). Рис. 3.9. Схемы фрезерование резьбы групповыми фрезами: а) наружной резьбы; б) внутренней резьбы Групповая фреза представляет собой как бы группу дисковых фрез, собранных на одну оправку. Длина фрезы обычно принимается на 2–5 мм больше длины фрезеруемой резьбы. Групповая фреза для нарезания резьбы устанавливается параллельно оси заготовки, а не под углом, как дисковая фреза. Фрезерование резьбы происходит за 1,2 оборота заготовки. 64 6. НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТЧИКАМИ И ПЛАШКАМИ Для нарезания резьбовых поверхностей в различных отверстиях чаще всего используются в качестве режущего инструмента метчики. Метчики подразделяются на ручные и машинные. Ручные метчики применяются обычно комплектом из двух или трех штук. Рис. 3.10. Схема нарезание резьбы в гайках на специальных станках Машинные метчики применяются для работы главным образом на сверлильных станках. Машинные метчики бывают цельные, прямые, со вставными ножами и гаечные. Для нарезания резьбы в отверстиях малых и средних диаметров применяются метчики цельные и гаечные, для нарезания резьбы в отверстиях больших диаметров (до 300 мм) – цельные метчики со вставными ножами или резьбонарезные головки с раздвижными плашками. Для нарезания гаек в специализированном производстве крепёжных деталей или при изготовлении большого количества гаек в серийном производстве применяются специальные станки для нарезания гаек при помощи изогнутого метчика. Такой станок (рис. 3.10, а) имеет подшипник, в котором закреплен пустотелый шпиндель с изогнутой трубкой; в этой трубке расположен изогнутый метчик. Наиболее производительным является нарезание гаек на гайконарезных автоматах и полуавтоматах с кривыми метчиками, закрепленными в специальном патроне (рис. 3.10, б), состоящем из двух половин. Гайки загружаются в бункер станка и под действием ползуна подаются к метчику. Такие автоматы изготавливаются обычно с двумя шпинделями. Если при нарезании резьбы сквозной проход метчика невозможен, необходимо вывинтить метчик по окончании нарезания; для этого у многих револьверных и сверлильных станков имеются реверсивные устройства или специальные реверсивные патроны. 65 При нарезании резьбы в термически обработанных до высокой твёрдости сталях твёрдосплавные метчики обеспечивают большую стойкость и лучшее качество нарезаемой резьбы, чем метчики из быстрорежущей стали. Для нарезания наружных резьбовых поверхностей могут применяться плашки или самораскрывающиеся резьбовые головки. Основной недостаток всех типов плашек – это необходимость свинчивания их по окончанию нарезания резьбы, что вызывает значительные затраты вспомогательного времени и снижает производительность, а также ухудшает качество уже обработанной резьбовой поверхности. Нарезание резьбы самораскрывающимися резьбонарезными головками (рис. 3.11, б), применяемыми на автоматах, револьверных и болторезных станках, значительно производительнее, чем нарезание плашками (рис. 3.11, а). а) б) Рис. 3.11. Схемы нарезание резьбовых поверхностей: а) круглой плашкой, б) резьбонарезной головкой Благодаря автоматическому раскрыванию резьбонарезных головок после обработки, обратного свинчивания (как у плашек) уже не требуется, при этом не повреждается обработанная резьбовая поверхность. 7. ШЛИФОВАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Шлифование резьбовых поверхностей широко применяется при изготовлении резьбонарезного инструмента, резьбовых измерительных калибров, накатных роликов, точных ходовых винтов и других деталей с точной резьбой. Шлифуются резьбовые поверхности обычно после термической обработки, которая зачастую искажает элементы резьбы. Шлифование резьбовых поверхностей однониточным кругом 1 (рис. 3.12, а) осуществляется с продольной подачей Sпр заготовки 2 вдоль шлифовального круга. Круг при этом совершает врезную подачу St на глубину профиля резьбы. Однониточные круги правятся одним или двумя алмазами при помощи специального приспособления (рис. 3.12, б). 66 Vкр n Рис. 3.12. Шлифование резьбы однониточным шлифовальным кругом: а) схема шлифования: 1 – шлифовальный круг, 2 – заготовка; б) правка круга: 1 – шлифовальный круг, 2 – оправка с алмазом Многониточные шлифовальные круги применяются преимущественно при шлифовании резьбовых поверхностей на заготовках с короткой нарезаемой частью. На рис. 3.13, а и рис. 3.13, б показаны схемы шлифования резьбовой поверхности многониточным шлифовальным кругом с врезной и продольной подачами (I и II – положения круга до и после обработки). Ширина шлифовального круга должна быть больше длины шлифуемой поверхности на 2–4 шага резьбы. Если длина резьбовой поверхности больше ширины многониточного круга, то шлифование производится при продольном передвижении заготовки относительно круга. При этом профиль шлифовального круга заправляется под углом α, как показано на рис. 3.13, в. Профилируется многониточный шлифовальный круг на большинстве станков посредством накатывания кольцевой резьбы стальным закалённым роликом (рис. 3.13, г). При накатывании требуемого профиля шлифовальный круг приводится в медленное вращение, благодаря чему круг заставляет вращаться ролик. 67 Vкр n n Sпр Рис. 3.13. Шлифование резьбы многониточным кругом: а) схема шлифования с врезной подачей; б) схема шлифования с продольной подачей (I и II – начальное и конечное положения круга); в) схема заправки круга под углом α ; г) ролик для накатывания кольцевой резьбы на круге Бесцентровое шлифование резьбовых поверхностей применяется преимущественно в массовом производстве при наличии многониточных шлифовальных кругов. Этим методом можно обрабатывать только наружную резьбовую поверхность. Для этих целей применяются станки, имеющие схемы обработки обычных бесцентрово-шлифовальных станков, снабжённые многониточными шлифовальными кругами с кольцевыми канавками, имеющими профиль шлифуемой резьбы. 68 8. НАКАТЫВАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Накатывание резьбовых поверхностей осуществляется при помощи давления, а не резания металла. При этом методе волокна материала не разрезаются, а деформируются пластически под воздействием резьбонакатных плашек или роликов, выступы которых вдавливаются в обрабатываемый металл (рис. 3.14). Полученная таким образом резьба имеет ровную, чистую и уплотнённую поверхность. Накатывается резьба в холодном состоянии. Материал изделия весьма сильно влияет на качество резьбы: высокое качество резьбы получается на изделиях из пластичного материала. Для накатывания резьбы на заготовках из твёрдого материала, а также при обработке крупной резьбы, используются мощные станки, позволяющие обеспечивать большие нагрузки. S Рис. 3.14. Схема накатывания резьбы плоскими плашками Резьбовая поверхность может накатываться двумя способами: – плоскими накатными плашками; – накатными роликами. На рис. 3.14 показана схема накатывания резьбовой поверхности плоскими плашками. Плашка 1 неподвижна, а подвижная плашка 2 устанавливается на ползуне, совершающем прямолинейное возвратно-поступательное движение (3 – заготовка в положении до накатывания; 4 – заготовка в положении после накатывания резьбовой поверхности). Неподвижная плашка 1 имеет заборную часть, захватывающую заготовку и формирующую профиль резьбы, калибрующую часть и сбег, обеспечивающий плавный выход заготовки из плашек. Подвижная плашка обычно изготовляется без заборной части. При работе плоскими плашками возникают большие давления, поэтому этим способом нельзя накатывать резьбовые поверхности на недостаточно жестких или пустотелых заготовках. Накатывание резьбы диаметром от 5 до 25 мм одним роликом (рис. 3.15, а) применяется на токарных и револьверных станках и автоматах. Заготовка 1 зажимается в патроне или цанге станка, а резьбовой ролик 2 – в державке 3, устанавливаемой в суппорте 4 или в револьверной головке станка. 69 Vр Vр1 Vр2 n Рис. 3.15. Накатывание резьбовой поверхности роликами: а) одним роликом; б) двумя роликами с винтовыми нитками с радиальной подачей; в) двумя роликами с кольцевыми витками, наклоненными под углом подъёма резьбы с продольной подачей; г) двумя роликами с тангенциальной подачей В практике широкое распространение получило накатывание резьбовых поверхностей роликами с радиальной, продольной и тангенциальной подачей. Накатывание резьбы с радиальной подачей производится одним, двумя или тремя роликами. На ролике 2 резьба направлена противоположно по сравнению с накатываемой резьбой заготовки, т.е. правая резьба накатывается роликом с левой резьбой, и наоборот. Накатывание резьбы одним роликом часто вызывает изгиб заготовки из-за односторонней радиальной силы, возникающей при накатывании. Наибольшее распространение получил способ накатывания резьбы двумя роликами (рис. 3.15, б). Заготовка 1 помещается на направляющую планку 2, расположенную между роликами 3. Оба ролика вращаются в одну сторону, причем один из роликов получает радиальную подачу (по стрелке А). Скорость вращения роликов изменяется от 12 до 100 м/мин в зависимости от диаметра резьбы, её точности и материала заготовки. При накатке роликами можно получить резьбу 1-го и 2-го классов точности, а иногда и точнее (при использовании затылованных роликов). Накатывание резьбовой поверхности с продольной подачей осуществляется двумя, тремя и четырьмя роликами, снабженными заборными частями при постоянном межцентровом расстоянии. Ролики применяются с винтовыми и кольцевыми витками. В первом случае оси роликов с винтовыми витками и накатываемой заготовки параллельны, а оси роликов с кольцевыми витками наклонены под углом подъёма 70 резьбы (рис. 3.15, в). Длина накатываемой этим способом резьбовой поверхности практически не ограничена. Окружные скорости применяются от 3 до 100 м/мин в зависимости главным образом от материала заготовки. Схема накатывания резьбы с тангенциальной подачей заготовок показана на рис. 3.15, г. Накатывание резьбы происходит при проходе заготовок между двумя роликами с постоянным межцентровым расстоянием. Накатывание резьбонакатными головками внутренних резьбовых поверхностей (рис. 3.16) применяется для получения резьбы диаметром свыше 30 мм на заготовках из вязких материалов. S S S V V а) а) б) в) Рис. 3.16. Схемы накатывания резьбы на внутренней поверхности заготовки Накатывание резьбовой поверхности резьбонакатными головками осуществляется по двум схемам: – с осевой подачей инструмента; – с осевой и радиальной подачами. Накатывание резьбовой поверхности по первой схеме осуществляется вращающейся трёх или четырёх роликовой резьбонакатной головкой, имеющей осевую подачу инструмента S относительно неподвижной заготовки (рис. 3.16, а) или заготовки относительно инструмента (рис. 3.16, б). Диаметр роликов должен быть максимально возможным, но обязательно в 3–4 раза меньше диаметра резьбы обрабатываемой заготовки. Эта схема может применяться для накатывания резьбы с мелкими шагами в непрочных материалах, но чаще используется для калибрования предварительно нарезанной резьбы на ответственных деталях машин в серийном производстве. На рис. 3.16, в приведена схема накатывания резьбы на тонкостенных заготовках с осевой подачей S головки с применением жёсткого кольца (или разжимной цанги в кольце), ограничивающего выдавливание металла в радиальном направлении, т. е. по наружному диаметру трубы. Также для накатывания внутренних резьбовых поверхностей применяются бесстружечные метчики. 71 Накатывание внутренней резьбы бесстружечными метчиками имеет много общих технологических признаков с обычным нарезанием резьбы метчиками (рис. 3.17). S Рис. 3.17. Схема накатывания резьбы бесстружечными метчиками Поэтому почти все схемы нарезания резьбы метчиками теоретически могут быть использованы и при накатывании резьбы бесстружечными метчиками. Режущие и бесстружечные метчики имеют аналогичные движения относительно заготовки. Отличием нарезания от накатывания является то, что в первом случае резьба формируется вырезанием металла, а в другом – выдавливанием, т. е. без образования стружки (рис. 3.17, а), что позволяет решить проблему удаления стружки из глухих отверстий. На рис. 3.17, б показано постепенное внедрение всех зубьев заборной части бесстружечного метчика в заготовку. Важными преимуществами накатывания резьбы бесстружечными метчиками перед нарезанием резьбы являются более высокая точность обработки и меньшая шероховатость резьбы. Наибольшая производительность обработки резьбовых поверхностей обеспечивается планетарным накатыванием. Планетарное накатывание позволяет производить непрерывную и одновременную обработку нескольких заготовок (рис. 3.18). Планетарное накатывание наружной резьбовой поверхности осуществляется по нескольким схемам: – роликом-сегментом; – роликом-кольцом; – двумя парами роликов-сегментов при наклонной компоновке рабочего шпинделя; – двумя парами роликов-сегментов при горизонтальной компоновке рабочего шпинделя; – двумя парами роликов-сегментов последовательно на двух шпиндельном станке. 72 а) б) Рис. 3.18 Схема планетарного накатывания резьбовой поверхности Основной является первая схема (рис. 3.18, а), при которой заготовка прокатывается в направлении стрелки S между вогнутой частью резьбового сегмента и непрерывно вращающимся резьбовым роликом с частотой n. При накатывании резьбы роликом-кольцом (рис. 3.18, б) требуется осевая загрузка заготовок в рабочую зону. Эта схема применяется для обработки заготовок типа шпилек и пробок небольшого диаметра, не имеющих головок. Планетарное накатывание применяется и для обработки внутренней резьбы. Накатывание осуществляется с помощью закалённых мастер-валиков. Схема используется для одновременного изготовления двух резьбонакатных инструментов – кольца и ролика до их термической обработки. Обработанные таким образом многозаходные ролики и кольца подвергаются термической обработке и используются на станках для планетарного накатывания наружной резьбы. 9. ВЫБОР МЕТОДОВ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Последовательность выбора наиболее рационального метода обработки резьбовой поверхности определяется требованиями чертежа обрабатываемой детали, заданных стандартов на точность резьбы и шероховатость её поверхности, возможностями технологического оборудования, имеющегося на предприятии. Из возможных способов формирования резьбовой поверхности (табл. 3.1) выбирается тот, который обеспечивает наибольшую экономическую эффективность обработки с учётом стоимости оборудования и инструмента. Если ни один из способов формирования резьбовой поверхности не в состоянии обеспечить требования чертежа, то выбирается комбинированная технология из 2-х или более операций, объединяющая технологические возможности нескольких методов. 73 Таблица 3.1 Методы нарезания резьбовых поверхностей Способ обработки резьбовой поверхности Размеры резьбы Получаемая точность Диаметр Длина Шаг Степень Шероховатость резьбы, резьбы, резьбы, точности Ra, мкм мм мм мм Точение резцами и 1–1000 6000 0,26–6 4–8 0,8–3,2 гребёнками Вихревое точение несколькими рез- 20–1000 2000 2,5–20 6–8 3,2–12,5 цами Фрезерование дис- 10–400 2000 2–12 6–8 3,2–12,5 ковыми фрезами Фрезерование 20–200 70 0,5–12 6–8 3,2–12,5 групповыми фрезами Нарезание резьбы 0,2–300 300 0,75–10 2–7 1,6–3,2 метчиками Нарезание резьбы 0,25–72 1000 0,08–3 5–8 3,2–12,5 плашками Шлифование резь- 0,5–400 6000 0,4–3 1–4 0,2–0,8 бы Накатывание пло- 1,5–70 250 0,2–3 6–8 0,4–1,6 скими плашками Накатывание двумя или тремя ролика- 15–250 10000 0,5–8 6–8 0,8–1,6 ми с продольной подачей Накатывание с ра- 2–250 300 0,35–20 2–6 0,2–0,8 диальной подачей Накатывание двумя роликами с танген1–16 100 0,35–2 6–8 0,2–1,6 циальной подачей Накатывание внутренних резьб резь- 30–200 200 0,5–3 4–7 0,32–1,6 бонакатными головками Накатывание резьбы бесстружечны1–52 200 0,25–2,5 2–6 0,4–1,25 ми метчиками Планетарное накатывание наружных 0,8–27 150 0,4–2,5 2–8 0,2–1,6 резьб 74 Из таблицы 3.1 видно, что 1…3 степень точности при обработке наружной резьбовой поверхности может быть достигнута только шлифованием или накатыванием затылованными роликами, а при обработке внутренней резьбы – шлифованием или выдавливанием метчиками. Четвертая степень точности достигается в результате обработки резьбовой поверхности точением, резьбонарезными (только наружные резьбы) и резьбонакатными головками, планетарным накатыванием (внутренние резьбы). Фрезерование, вихревое точение и другие виды обработки из-за присущих им специфических причин возникновения погрешностей не позволяют обеспечить точность обработки выше пятой степени. Эти виды обработки часто используются в качестве предварительной обработки резьбовой поверхности. Данные сравнения способов формирования резьбовой поверхности по производительности свидетельствуют о значительном преимуществе методов накатывания перед методами нарезания. По сравнению с наиболее прогрессивным способом нарезания наружной резьбы резьбонарезными головками производительность накатывания цилиндрическими роликами с радиальной подачей выше в 3 раза, накатывания аксиальными головками в 3...5 раз, тангенциальными головками в 2...7 раз, накатывания затылованными роликами в 6…10 раз, а планетарное накатывания производительнее в 28…30 раз. Область применения точных и высокопроизводительных способов формирования резьбовой поверхности в действующем производстве обычно ограничена возможностями технологического оборудования и оснастки. Наиболее производительные способы формообразования наружной резьбы – планетарное накатывание и накатывание затылованными роликами – имеют ограничения в применении по диаметру и длине обрабатываемой резьбы. Планетарное накатывание используется для обработки резьбы с d = 0,8...27 мм, L < 150 мм; накатывание затылованными роликами – для резьбы с d = 3...20 мм, L < 100 мм. Наиболее широкими возможностями среди точных способов формообразования наружной резьбы отличаются: – накатывание аксиальными головками (d = 1,4...150 мм); – накатывание цилиндрическими роликами с радиальной подачей (d = 2...250 мм, L = 300 мм); – нарезание резьбонарезными головками (d = 1,5...400 мм); – шлифование и точение. Наибольшей универсальностью отличается обработка резьбы точением и шлифованием, тогда как фрезерование винтовыми фрезами целесообразно применять при d = 20…200 мм и L < 2 d. Технологические возможности нарезания и пластического выдавливания внутренней резьбы метчиками превышают возможности большинства способов обработки, не уступают возможностям точения и шлифования. 75 10. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Точность резьбовой поверхности зависит от точности следующих основных элементов резьбы: угла профиля резьбы, шага резьбы, среднего диаметра резьбы, наружного диаметра резьбы и внутреннего диаметра резьбы. Основным критерием является точность резьбы измеренная по среднему диаметру (рис. 3.19). а) б) в) Рис. 3.19. Схема измерения резьбовой поверхности микрометром: а) среднего, б) внутреннего, в) наружного диаметров резьбы Существуют два основных метода контроля точности резьбы: – дифференцированный (поэлементный); – комплексный. Дифференцированный метод контроля применяется в том случае, когда допуски точности даны отдельно на каждый параметр резьбы. При этом отдельно проверяется собственно средний диаметр, шаг и половина угла профиля. Этот метод трудоёмок, сложен и используется главным образом для контроля точной резьбы, например калибров, резьбонарезного инструмента, специальных резьбовых деталей. Кроме того, этот метод можно использовать при исследовании причин дефектов и при наладке технологического процесса. Контроль осуществляется с использованием инструментального микроскопа и резьбового микрометра. Комплексный метод контроля применяется для резьбовых деталей, допуск среднего диаметра которых является суммарным допуском. Он основан на одновременном контроле среднего диаметра, шага, половины угла профиля, а также внутреннего и наружного диаметров резьбы путём сравнения действительных размеров с предельными размерами. Это достигается с помощью предельных калибров. Они подразделяются на проходные, которые имеют полный профиль резьбы и являются как бы прототипом детали с резьбовым соединением, и непроходные, контролирующие только средний диаметр и имеющие укороченный профиль. Перед контролем проверяемые детали необходимо очистить от стружки и грязи. С калибрами следует обращаться осторожно, чтобы на рабочей резьбовой поверхности не появились забоины и царапины. 76 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Балакшин, Б.С. Теория и практика технологии машиностроения / Б.С. Балакшин, – М.: Машиностроение, 1982. – 366 с. 2. Бурцев, В.М. Технология машиностроения. Т. 2. Производство машин: учебник для вузов / В.М. Бурцев, А.С. Соломенцев, О.М. Деев, – М.: Издательство МВТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. – 640 с. 3. Зайончик, Л.И. Проектирование и производство заготовок: текст лекций/ Л.И. Зайончик, – Челябинск: ЧГТУ, 1990. – 87 с. 4. Клепиков, В.В. Технология машиностроения: учебник / В.В. Клепиков, А.Н. Бодров, – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2004. – 860 с.:ил. – (Серия «Профессиональное образование»). 5. Колесов, И.М. Основы технологии машиностроения / И.М. Колесов, – М.: Высшая школа, 1999. – 590 с. 6. Крылов, О.В. Технология двигателестроения: учебное пособие / О.В. Крылов, – Екатеринбург: УГТУ, 2000. Ч. 2 – 147 с. 7. Маталин, А.А Технология машиностроения: учебник для машиностроительных вузов по спец. тех. маш. / А.А Маталин, – Л.: Машиностроение, 1985. – 510 с. 8. Полетаев, В.А. Обработка коленчатых валов на специальных металлорежущих станках: справочник / В.А. Полетаев, В.Н. Леонов, – Инженерный журнал, 2001. 9. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 1 / под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова, – 4-е изд., перераб. и доп., – М.: Машиностроение, 1985. – 656 с., ил. 10. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2 / под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп., – М.: Машиностроение, 1985. – 496 с., ил. 77