Способи чистової та фінішної обробки зубчастих коліс

Способи чистової та фінішної обробки зубчастих коліс

Остаточна чистова фінішна обробка зубів виконується такими способами: обкатуванням, шевінгуванням, шліфуванням, притиранням і припрацюванням.

ОБКАТУВАННЯМ називається процес одержання гладкої поверхні зубів незагартованого зубчастого колеса шляхом обертання його між трьома обертаючими загартованими шліфованими зубчастими колесами (еталонами), точність яких досягає 5 мкм. При цьому відбувається деяке виправлення невеликих похибок у формі зуба.

ШЕВІНГУВАННЯМ називається процес чистової фінішної обробки незагартованого зубчастого колеса, який полягає у знятті (зіскоблюванні) дуже дрібних волосоподібних стружок, завдяки чому значно виправляються ексцентриситет початкового кола, похибки у кроці, в профілі евольвенти і в куті підйому гвинтової лінії.

Шевінгування (або інакше шевінг-процес) виконується двома способами. За першим способом шевінгування виконується за допомогою спеціального інструменту, який називається шевером.

Шевер представляє собою зубчасте колесо з прорізаними на бокових сторонах кожного зуба канавками глибиною 0,8 мм. Ці канавки створюють різальні кромки, які зіскоблюють волосоподібну стружку.

На рис. 1 показаний загальний вигляд шевінгування.

Рис. 1. Шевінгування циліндричного зубчастого колеса дисковим шевером

Оправка з оброблюваним зубчастим колесом закріплюється в центрах на столі верстата. Шевер розташовується над зубчастим колесом під кутом 15°, утворюючи з колесом ніби гвинтову пару з осями, що перетинаються. Приведений в обертання шевер обертає оброблюване зубчасте колесо, якому надається осьове зворотно-поступальне переміщення, що називається поздовжньою подачею (Sn = 0,15−0,3 мм на один оберт зубчастого колеса). При цьому він рівномірно зіскоблює стружку по всій ширині зуба. Крім обертання і осьового руху оброблюваного зубчастого колеса, для рівномірного зняття стружки по всьому профілю зуба стіл верстата має Sв = 0,025−0,04 мм на один хід стола. Після закінчення кожного ходу стола шевер одержує обертання у зворотну сторону і обробляє другий бік зуба. Для попередньої обробки число ходів — 4−6, для остаточної - 2−4. Припуск на шевінгування приймається 0,04−0,3 мм на бік зуба.

Шевінгування підвищує точність попередньої обробки зубів приблизно на 1−2 ступеня точності.

За другим способом шевінгування виконується за допомогою спеціального інструменту іншого виду — шевер-рейки (рис. 2, а), який містить в собі окремі зуби з канавками, що створюють різальні кромки на боці кожного зуба. В процесі обробки стіл верстата із закріпленою на ньому шевером-рейкою має зворотно-поступальний рух. Як і звичайний (дисковий) шевер, шевер-рейка виготовляється з похилими зубами. Для обробки зубчастих коліс з прямим зубом; для випадку обробки зубчастих коліс з косим зубом (з кутом нахилу приблизно 15°) шевер-рейка має прямі зуби, розташовані перпендикулярно до осі. В тому й іншому випадку утворюється зубчасте зчеплення з оброблюваним зубчастим колесом. Обробка одного зубчастого колеса виконується приблизно за 15−20 подвійних ходів стола.

На рис. 2, б показана схема, яка пояснює здійснення поздовжнього ковзання зубів шевер-рейки по зубах зубчастого колеса.

Рис. 2. Шевінгуваня шевером-рейкою Якщо оброблюване зубчасте колесо 1 вільно котити по шевері-рейці 2 з положення А, то воно повинно було б переміститися в положення Б. Але оскільки зубчасте колесо і шевер-рейка представляють собою ніби гвинтову пару з осями, що перетинаються то колесо пересунеться не в положення Б, а в положення В. В результаті створюється відносне ковзання зубів оброблюваного зубчастого колеса і шевера-рейки, яке визначається відрізком між положенням зубчастих коліс Б і В.

При цьому різальні кромки шевера зрізають тонку стружку з поверхні оброблюваних зубів колеса.

Після кожного ходу стола зубчасте колесо переміщується у вертикальному напрямку вниз. Таким чином, здійснюється вертикальна подача в межах 0,025−0,04 мм.

Шевінгування звичайно виконують з мастильно-охолоджувальною рідиною (МОР), сульфофрезером або веретенним мастилом. З причини високої собівартості інструмента, поганої вимиваємості стружки із зубів шевером-рейки, неможливості обробки бочкоподібних зубів шевінгування шевер-рейкою не має широкого застосування.

Шевінгування зубів виконується до термічної обробки коліс, що загартовуються. Більшість зубчастих коліс після шевінгування поступає в термічну обробку, яка трохи знижує досягнуту точність та шорсткість поверхні. А все ж таки при виготовленні точних зубчастих коліс шевінгування застосовують до термічної обробки для того, щоб максимально виключити похибки механічної обробки.

Одним з основних переваг шевінгування є можливість обмежитись тільки нарізанням зубів на зубофрезерних верстатах (з наступним шевінгуванням), не вдаючись до чистового нарізання на зубодовбальних верстатах.

ШЛІФУВАННЯ зубів збільшує точність зубчастих коліс, що не загартовуються, а особливо тих, які загартовуються і, як правило, деформуються під час термічної обробки.

Шліфування зубів з евольвентним профілем виконується:

методом копіювання за допомогою фасонного круга з евольвентним профілем;

методом обкатування.

Рис. 3. Зубошліфування: а — доводка трьома алмазами шліфувального круга, що працює методом копіювання; б — обробка двома тарілчастими шліфувальними кругами методом обкатування Верстати, що працюють за методом копіювання, виконують шліфування кругом, профіль якого відповідає западині зубів, аналогічно дисковій модульній фрезі. Круг профілюється особливим копіювальним механізмом за допомогою трьох алмазів (рис. 3, а). Круг шліфує два боки двох сусідніх зубів. Для зубчастих коліс з різними модулями і кількістю зубів треба мати окремі шаблони для профілювання круга алмазами. Такі верстати застосовуються в масовому і великосерійному, а іноді і в середньосерійному виробництві.

При шліфуванні зубів за методом копіювання у випадку зубчастих коліс з великим числом зубів має місце значне зношування шліфувального круга. Якщо зуби шліфуються послідовно, то між першим і останнім зубами буде одержуватись найбільша похибка. Для запобігання цього рекомендується повертати зубчасте колесо не на один зуб, а на декілька. Тоді вплив зношування шліфувального круга не буде давати великої похибки між сусідніми зубами. Досяжна цим методом точність — 0,010−0,015 мм.

Верстати, що працюють за методом копіювання, одержали досить значне поширення завдяки значно більшій продуктивності у порівнянні з верстатами, що працюють за методом обкатування. Однак ці верстати дають меншу точність.

Другий метод шліфування зубів — метод обкатування — менш продуктивний, але дає більшу точність (до 0,0025 мм). Шліфування виконується одним або двома кругами.

Поширений спосіб шліфування зубів методом обкатування здійснюється на зубошліфувальних верстатах з двома тарілчастими кругами, розташованими один по відношенню до другого під кутом 30 і 40° або створюючими ніби профіль розрахункового зуба, по якому і відбувається обкатування зубчастого колеса (рис. 3, б). В процесі роботи зубчасте колесо, що шліфується, переміщається в напрямку, перпендикулярному до своєї осі, одночасно обертаючись навколо цієї осі. Крім цього, зубчасте колесо, що шліфується, має зворотно-поступальний рух вздовж своєї осі, що забезпечує шліфування профілю зуба по всій його довжині.

Для шліфування одне чи декілька зубчастих коліс у наборі закріплюють в оправці, яка закріплюється в центрах бабок, розташованих на столі верстата. Стіл переміщається зворотно-поступально на величину, що дорівнює сумарній ширині зубчастих коліс, збільшену на вхід і вихід шліфувального круга. Автоматичний поворот зубчастого колеса на один зуб відбувається після одно-, двократного проходження зубчастого колеса під шліфувальним кругом. Припуск на шліфування складає 0,1−0,2 мм на товщину зуба і знімається за два чи більше проходів.

Тарілчасті круги шліфують зуби вузькою смужкою у 2−3 мм, тому тиск і нагрівання незначні, що підвищує точність шліфування.

Для запобігання похибок, пов’язаних зі зношуванням шліфувальних кругів, верстати мають спеціальні пристрої для автоматичного їх регулювання.

Верстати для зубошліфування, що працюють методом обкатування двома тарілчастими кругами, мають пристосування, яке компенсує зношування кругів в процесі шліфування і в процесі правки алмазом.

Для остаточної фінішної обробки поверхонь прямих, косих і криволінійних зубів циліндричних зубчастих коліс починають застосовувати хонінгування. Хон виготовляють у вигляді гелікоїдального зубчастого колеса з пластмаси, яка просочена дрібнозернистим абразивом. Зубчасте колесо, що хонінгується у зчепленні з хоном (без зазору), здійснює реверсивне обертання (позмінно в обидві сторони) і зворотно-поступальний рух вздовж своєї осі. Хонінгування всіх зубів зубчастих коліс з модулем 2−3 мм, з кількістю зубів 30−40 виконується за 30−40 с при рясному охолодженні гасом.

Припуск під хонінгування складає 0,02−0,05 мм на бік зуба. Верстати для хонінгування зубів зубчастих коліс у багатьох аналогічні верстатам для шевінгування без пристосування для радіальної подачі.

ПРИТИРАННЯ (ляпінг-процес) широко застосовується для чистової, остаточної фінішної обробки зубів після їх термічної обробки замість шліфування, яке є операцією порівняно малопродуктивною. Притирання отримало велике поширення в тих галузях машинобудування, де потрібно виготовлення точних зубчастих коліс (автомобілебудування тощо).

Процес притирання полягає в тому, що оброблюване зубчасте колесо обертається у зчепленні з чавунними шестернями-притирами, які приводяться в обертання і змащуються пастою, яка містить суміш дрібного абразивного порошку з мастилом. Крім цього, оброблюване зубчасте колесо і притири мають в осьовому напрямку зворотно-поступальний рух одне відносно одного. Такий рух прискорює процес обробки і підвищує її точність. В основному рух в осьовому напрямку надається зубчастому колесу, що притирається.

Рис. 4. Схеми притирання зубців циліндричних зубчастих коліс: а — з паралельними осями притирів; б — з осями притирів, що перетинаються обробка зубчастий колесо шліфування Притиральні верстати виготовляються з паралельними осями притирів (рис. 4, а) і з осями притирів, що перетинаються (рис. 4, б). Найбільш поширені притиральні верстати, що працюють з осями притирів, що перетинаються, які встановлюють під різними кутами. Один притир часто встановлюється паралельно осі оброблюваного зубчастого колеса. При такому розташуванні притирів зубчасте колесо працює ніби у гвинтовій парі, і шляхом додаткового осьового переміщення зубчастого колеса, що притирається, притирання відбувається рівномірно по всій боковій поверхні зуба. Зубчасте колесо, що притирається одержує обертання позмінно в обидві сторони для рівномірного притирання обох сторін зуба, а необхідний тиск на боковій поверхні зубів під час притирання створюється гідравлічними гальмами, які діють на шпинделі притирів.

Притирання надає поверхні високої якості, воно згладжує нерівності та шорсткість і надає дзеркального блиску поверхні, значно зменшуючи шум і збільшуючи плавність роботи зубчастих коліс. Притирання дає кращу за якістю поверхню зубів, ніж шліфування, але за умови правильного виготовлення зубчастого колеса, оскільки притиранням можна виправляти лише незначні похибки. За наявності значних похибок зубчасті колеса необхідно спочатку шліфувати, а потім притирати.

ПРИПРАЦЮВАННЯ зубів відрізняється від притирання тим, що притираються не зубчасте колесо з притиром, а два парних зубчастих колеса, виготовлених для спільної роботи у складеній машині. Припрацювання виконується за допомогою абразивного матеріалу, який прискорює взаємне припрацювання зубчастих коліс і надає їм гладку поверхню.

З вищевикладеного можна зробити висновок, що найбільш продуктивним і раціональним способом одержання точних зубів є шевінгування, що застосовується після нарізання зуба, але до термічної обробки, після якої для виправлення невеликих похибок у профілі і кроці та одержання чистої поверхні зубів доцільно застосовувати притирання і тільки у випадку значної деформації вдаватися до шліфування зубів.

Тому найбільш раціональним треба вважати такий порядок обробки зубчастих коліс:

1) операції, що передують нарізанню зубів;

2) нарізання зубів;

3) шевінгування зубів;

4) термічна обробка;

5) притирання зубів.

Використана література

1. Проектирование технологии. Под редакцией Ю. М. Соломенцева. — М., 1990. — 416 с.

2. Руденко П. А. Раздел 3. Технология изготовления машин. Конспект лекцій. — Чернишов, 1986. — 159 с.

3. Технология машиностроения (специальная часть). Гусев А. А., Ковальчук Е. О., Колосов И. М. и др. М.М. 1986, 480 сторінок.

4. Технология обработки конструкционных материалов. / Под ред. П. Г. Петрухи. М. Высшая школа, 1991.

5. Справочник технолога-машиностроителя. / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова, Т. 1. — М., 1985. — 656 с.