НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИИ ЗУБООБРАБОТКИ

Способы образования зубьев

Способы образования зубьев и области их применения указаны в табл. 4. и 5; в табл. 6 и 7 приведены данные о точности и затратах времени на обработку зубьев различными способами.

Производительность, экономичность, нормирование зубообработки

Наибольшая производительность и экономичность зубообработки достигаются при выполнении следующих основных условий:

правильном выборе технологического процесса, последовательности операций и переходов;

правильном выборе станка, исправном его состоянии (жесткость узлов, отсутствие зазоров, минимальное биение фрезерного шпинделя, исправная работа всех его систем, включая системы смазки и охлаждения), обеспечении требуемой его точности, наличии необходимой оснастки и др.;

правильном выборе инструмента, применении твердосплавного инструмента, многозаходных и корригированных фрез, фрез с заборным конусом и других видов производительного инструмента, особенно при черновой обработке, когда удаляется основной объем срезаемого металла;

достаточной жесткости и точности установки заготовки и инструмента;

правильном выборе режимов резания (наименьшее число проходов, наибольшая подача и скорость резания, обеспечивающие заданную стойкость инструмента;

обильной подаче смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания;

применении диагональной или радиальной подачи.

Повышение производительности обработки не должно приводить к снижению ее качества и точности.

Расчет времени операции

Норма времени на станочную работу состоит из подготовительно-заключительного времени (Тп.з) и штучного времени (Тш), включающего основное (машинное либо технологическое) время (То), вспомогательное время (Тв), время обслуживания рабочего места (Гобсл) и время, необходимое на отдых и естественные надобности (Те).

Основным временем называют время, в течение которого происходит резание (включая врезание, перебег, ход, например для зубодолбежных или зубострогальных станков).

Для всех видов зубообработки обобщенная формула для расчета основного времени (в мин) имеет следующий вид:

spraw_zuboreza-21

где L — общая длина обработки, включая длину врезания и перебега, мм; i — число проходов; Sm — минутная подача, мм/мин.

На основе этой формулы предложены более удобные для расчета формулы для каждого вида зубообработки, которые приведены в соответствующих разделах книги.


4. Наиболее распространенные способы образования (окончательной обработки) зубьев колес с внешними зубьями:

Способ образования зубьев Область применения Деле­ние **
Цилиндрические колеса
Нарезание червячными фрезами на зубофрезерных станках Колеса модулем до 40 мм, в том числе шевронные с канавкой для выхода фрезы Н
Нарезание дисковыми модульными фрезами на фрезерных или зубофрезерных станках Колеса невысокой точности в условиях мелкосерийного и единичного производства; колеса без смещения с малым числом зубьев, нарезание которых методом обкатки приводит к значительному подрезанию зубьев Е
Нарезание пальцевыми модульными фрезами на зубофрезерных станках Шевронные колеса без канавки для выхода фрезы; крупномодульные колеса (модуль 20—75 мм) Е
Нарезание долбяками (одним или двумя) на зубодолбежных вертикальных или горизонтальных станках Колеса, преимущественно блочные или с буртиками, модулем до 14 мм; колеса с непрерывным шевроном Н
Нарезание гребенками на вертикальных зубострогальных станках *2 Колеса модулем до 30 мм, в том числе с непрерывным шевроном Н
Зубодолбление многорезцовыми головками на специальных зубодолбежных станках Шлифование профильными кругами на зубошлифовальных станках

Колеса модулем до 8 мм в условиях крупносерийного и массового производства

Прямозубые колеса модулем до 12 мм с закаленными зубьями

Е
Шлифование одним или двумя кругами методом обкатки на зубошлифовальных станках Колеса модулем до 20 мм с закаленными зубьями Е
Шлифование абразивным червяком на зубошлифовальных станках Колеса модулем до 8 мм с закаленными зубьями в условиях крупносерийного и массового производства Н
Шевингование на шевинговальных станках Колеса модулем до 14 мм Н
Зубохонинговаиие (абразивное шевингование) на зубохонинго-вальных станках Колеса модулем до 10 мм с закаленными зубьями в условиях серийного и массового производства Н
Конические колеса *3
Нарезание зубострогальными резцами, дисковыми фрезами. Строгание по шаблону (копиру)

Колеса с прямыми и косыми зубьями

Крупномодульные прямозубые колеса в условиях мелкосерийного и единичного производства

Е или Н
Протягивание дисковой или торцовой протяжкой Колеса с прямыми или круговыми зубьями в условиях крупносерийного и массового производства Е
Нарезание резцовой головкой Колеса с круговыми зубьями в условиях серийного и массового производства Е
Нарезание конической червячной фрезой *2 Колеса со спиральными зубьями Н
Нарезание дисковой модульной фрезой Небольшие прямозубые колеса невысокой точности Е
Шлифование Колеса с закаленными прямыми и круговыми зубьями Е
Червячные колеса
Нарезание червячными фрезами на зубофрезерных станках Колеса малых и средних модулей в условиях серийного и массового производства Н
Нарезание резцами-летучками на зубофрезерных станках Колеса средних и крупных модулей в условиях серийного и единичного производства Н

*1 Н — непрерывное деление, Е — единичное, Б — без деления.

*2 Станки отечественная промышленность не выпускает.

*3 Способы нарезания конических колес более подробно описаны в табл. 1 гл б.


5. Способы обработки зубьев колес с внутренними зубьями

Вид обработки

Станки

Эскиз обработки

Долбление дисковыми долбяками Зубодолбежные всех моделей
spraw_zuboreza-5
Фрезерование дисковыми (а) и пальцевыми (б) фрезами Зубофрезерные мод. 5342, 5343, 5355 и др. со специальными головками
spraw_zuboreza-6
Фрезерование червячными одновитковыми фрезами (улитками) и червячными фрезами с укороченными профилирующими кромками Зубофрезерные мод. 5342, 5343, 5355 и др. со специальными головками
spraw_zuboreza-7
Протягивание цилиндрическими протяжками Протяжные
spraw_zuboreza-8
Шевингование Шевинговальные мод. 5703В, 5717, 5717С-1 и зарубежных фирм
spraw_zuboreza-9
Шлифование Зубошлифовальные мод. 586В, 5850В и зарубежных фирм
spraw_zuboreza-10
Зуботочение обкаточными резцами Зубофрезерный станок со специальным суппортом
spraw_zuboreza-11
Зубострогание Зубострогальные станки (зарубежные)
spraw_zuboreza-12

6. Точность зубообработки цилиндрических колес

spraw_zuboreza-22


7. Основное время Т0 при нарезании 1000 мм длины зубьев цилиндрических колес (сталь углеродистая, НВ 180—200) различными способами (ориентировочно)

spraw_zuboreza-23

*х При обработке червячными фрезами — подача заготовки, мм/об; при работе дисковыми и пальцевыми — подача фрезы, мм/об; при зубодолблении — подача в миллиметрах на двойной ход долбяка.

*2 Зубья шевронные, обработку ведут на горизонтальных станках.


Подготовительно-заключительное время связано с обработкой всей партии деталей и включает время на ознакомление с чертежом и технологией; время на наладку станка, приспособлений и инструмента.

Вспомогательное время на операцию включает время на установку и снятие детали, управление станками и контроль.

Сумму основного и вспомогательного времени называют оперативным временем.

Время на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности принимают в размере 6—7 % от оперативного времени.

Таким образом, Tшт = 1,06 (Гз + Тв).

В табл. 7 приведены ориентировочные данные о затратах основного времени при нарезании прямозубых цилиндрических колес различными способами (при заданных в таблице режимах резания).


Материалы для зуборезного инструмента

Для изготовления цельных зуборезных инструментов и режущей части сборных инструментов применяют быстрорежущие стали (табл. 8) и для некоторых видов сборных инструментов в значительно меньшей степени используют твердые сплавы.

8. Марки и химический состав (в %) быстрорежущих сталей (ГОСТ 19265 — 73), применяемых для изготовления зуборезных инструментов

spraw_zuboreza-24

* Русская буква Р означает, что сталь быстрорежущая. Цифра после нее указывает среднее содержание вольфрама в процентах. Буквы означают: К — кобальт, М — молибден, цифры после них показывают содержание элемента в процентах.

Ранее преимущественно применяли быстрорежущую сталь Р18. В настоящее время в целях экономии дефицитного вольфрама широко используют сталь Р6М5. При правильной термообработке и эксплуатации инструмент из этой стали по режущим свойствам приближается к инструменту из стали Р18, хотя в ряде случаев стойкость его может быть несколько ниже. Для повышения стойкости и производительности инструмента наиболее целесообразно использовать вольфрамо-молибдено-кобальтовые стали Р6М5К5 и Р9М4К8, а также сталь Р9К10. Режущие свойства зуборезного инструмента из этих сталей обычно выше, чем инструмента из стали Р18, особенно при обработке стальных колес повышенной твердости (НВ 250—350), когда стойкость инструмента из стали Р9М4К8 возрастает в 2—4 раза по сравнению с инструментом из стали Р18 или Р6М5.

Твердость быстрорежущего инструмента должна находиться в пределах HRC 63—66 в зависимости от марки стали. При меньшей твердости инструмента сокращается его стойкость, превышение указанной твердости может привести к снижению прочности режущей части инструмента, ее поломкам или выкрашиванию.

Карбидная неоднородность быстрорежущей стали (состояние микроструктуры металла, выявляемое специальным анализом) должна быть в пределах 3—4 баллов. Большая неоднородность может привести к снижению прочности и стойкости зуборезного инструмента.

Режущие части червячных, дисковых, пальцевых фрез, зуборезных головок, обкаточных резцов и других зуборезных инструментов выполняют из твердых сплавов Т14К8, Т15К6, ВК6-М, ВК8, ВК10-ОМ и др. Буквы означают: Т — карбид титана; К — кобальт; В — карбид вольфрама. Цифры показывают содержание элемента в процентах.

Твердосплавный зуборезный инструмент позволяет повысить производительность обработки и выполнить чистовую зубообработку колес повышенной или высокой твердости (HRC 40—62), например вместо зубошлифования. Однако вследствие трудностей изготовления и эксплуатации такого инструмента, пониженной прочности (большей хрупкости) твердого сплава по сравнению с быстрорежущей сталью, недостаточной мощности, жесткости и быстроходности станков его применение в производственных условиях пока ограничено.

Классификация станков

Каждой модели станка присваивают трех или четырехзначный цифровой шифр. Первая цифра означает группу, вторая — тип, остальные — типоразмер станка. Группа зубообрабатывающих станков обозначена цифрой 5. Их типы имеют следующие цифровые обозначения: 1 — зубострогальные и зубодолбежные для обработки цилиндрических колес (например, мод. 5107 или 514); 2 — зуборезные для конических колес (мод. 526); 3 — зубофрезерные для обработки цилиндрических колес и шлицевых валов (мод. 5342); 4 — для нарезания червячных пар (мод. 549); 5 — для обработки торцов зубьев (мод. 5582); 7 — шевинговальные, притирочные, контрольные и обкатные (мод. 5712); 8 — зубошлифовальные (мод. 5861); 9 — разные. Буквы посередине и в конце цифрового шифра добавляют для обозначения усовершенствованного, модернизированного или специального станка данного типоразмера (например, мод. 5К324А) или повышенной точности (мод. 5К32П).

Смазочно-охлаждающие жидкости

При нарезании зубьев стальных колес в зону резания специальной системой станка подается смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) для повышения стойкости инструмента и снижения шероховатости поверхности зубьев. В некоторых случаях важно также смывающее действие СОЖ (удаление стружки).

Для зубообработки применяют главным образом масляные жидкости, в состав которых входят химически активные присадки (сера, фосфор, хлор). К таким жидкостям относятся СОЖ МР2, СОЖ МРЗ (не содержащая хлора), сульфофрезол. При отсутствии указанных СОЖ применяют жидкости без присадок, например индустриальное масло И-12, или И-20, или И-45.

Хорошие результаты при зубообработке дает применение жидкостей на водной основе, но оно возможно только на тех станках, где смазочное масло не смешивается с охлаждающей жидкостью. Так, на некоторых заводах, при зубошлифовании методом обкатки применяют 3— 5 %-ную эмульсию (на основе стандартного эмульсола ЭТ, Э2 или эмульсола НГЛ-205). При этом улучшаются санитарно-гигиенические условия, уменьшаются расходы на СОЖ при том же или лучшем качестве поверхностного слоя шлифуемых зубьев. Подача СОЖ в зону резания должна составлять 10—20 л/мин. Возможно также применение распыленной жидкости с помощью специальных устройств.

Особенности обработки некоторых типов колес

Колеса высокой точности, например крупные турбинные колеса, колеса для точных станков и приборов, эталонные и измерительные колеса (3—4-й степени точности по ГОСТ 1643—81) обрабатывают на станках повышенной точности и жесткости, устанавливаемых, как правило, в отдельном помещении с постоянной температурой (обычно 20 +- 0,5°С). Фундаменты станков изолируют от вибраций и сотрясений, которые могут передаваться через грунт от других механизмов. При этом используют особо точный (прецизионный) инструмент — червячные фрезы, долбяки, шеверы.

Для повышения точности обработки крупных колес после черновой обработки рекомендуется снять заготовку и термически обработать ее для снятия остаточных напряжении. Подле чистовой обработки базовых поверхностей установить заготовку на станок для окончательной зубообработки. При чистовой обработке допускается значительно меньший износ инструмента, чем при черновой обработке.

Колеса с модифицированными зубьями. В целях улучшения эксплуатационных показателей зубчатой передачи в ряде случаев боковую поверхность зубьев преднамеренно выполняют с отклонениями от теоретической поверхности по высоте профиля и вдоль линии зуба,

Для улучшения продольного контакта зубьев и зубчатых передач выполняется продольная модификация зубьев (рис. 19, а) с утолщением зуба в средней его части на величину = 0,03 % 0,5 мм.

spraw_zuboreza-25

Рис. 19. Модификации профиля зуба:

а — продольная; б — головки зуба; в — ножки зуба; 1 - модифицированный профиль


Такие колеса можно обработать на универсальных зубофрезерных, зубошевинговальных или зубошлифовальных станках со специальными устройствами, прилагаемыми к станкам.

Модификация профиля головки зуба заключается в отклонении номинального профиля от теоретического, которое начинается в заданной точке и монотонно возрастает по мере приближения к вершине зуба (рис. 19, б). Модификация осуществляется с целью исключения из контакта кромки у вершины зуба (кромочный контакт), повышения плавности работы зубчатой передачи, зубья которой упруго деформируются под нагрузкой.

spraw_zuboreza-26

Рис. 20. Зоны контакта при модификации зубьев:

а — по длине и высоте; б — по гысоте; в — по длине.

spraw_zuboreza-27

Рис. 21. Формы основания зуба шлифованных колес

Модификация профиля ножки зуба заключается в отклонении номинального профиля от теоретического, которое начинается в заданной точке и монотонно возрастает по мере приближения к основанию зуба (рис. 19, в). Такая модификация осуществляется с целью исключения образования уступов (концентраторов напряжений) при шевинговании, зубошлифовании, а также для сохранения физико-механических свойств поверхностного слоя при зубошлифовании. Достигается модификация соответствующим изменением профиля режущей части инструмента для чистовой обработки, либо специальным инструментом на отдельной операции. Зоны контакта зубьев с различными видами модификации приводятся на рис. 20. На прочность зуба оказывает влияние форма переходной поверхности. На рис. 21 показаны различные формы (а - г) переходной поверхности шлифованных зубьев, предпочтительными из которых являются формы б и в.