Учебное пособие

Шлифовальные работы

       

14.10. Заточка зуборезного инструмента

Зуборезные инструменты предназначены для нарезания цилиндрических, конических, червячных и других зубчатых колес с прямыми, косыми, шевронными или винтовыми зубьями. Этими инструментами осуществляется нарезание зубьев на колесе одним из двух методов: методом копирования профиля режущей части инструмента при формообразовании впадины между зубьями; методом огибания (обката) профиля боковой поверхности зуба производящим контуром режущей части инструмента при их относительном движении в процессе зубонарезания. Для понимания особенностей зуборезных инструментов необходимо ознакомиться с основами теории зубчатого зацепления и основными элементами зубчатых колес.

Основные элементы зубчатого колеса и зубчатого зацепления

Зубчатые механизмы применяют для передачи вращательного движения между параллельными (цилиндрические передачи), пересекающимися (конические) или перекрещивающимися (винтовые, червячные, гипоидные) осями.

Основным элементом любого зубчатого колеса является зуб, образованный боковыми поверхностями, поверхностью вершин и поверхностью впадин. Число зубьев на колесе обозначают буквой z, а расстояние между одноименными профилями зубьев, измеренное в определенном направлении, называют шагом и обозначают буквой р. Отношение шага р к числу π называют модулем: m = р / π.

На рис. 14.57 показан профиль зубчатого цилиндрического колеса в торцовом сечении. Окружность, по которой шаг р между зубьями соответствует стандартным числовым значениям модуля, называется делительной. Ее радиус обозначают буквой r.

Рис. 14.57. Основные элементы эвольвентного цилиндрического колеса

Длина делительной окружности 2 π r = pz. Следовательно,

Модуль m и число зубьев z являются основными параметрами зубчатого колеса, через которые выражаются другие расчетные величины.

Профиль зуба может очерчиваться по прямой линии или по различным кривым: дуге окружности, эвольвенте, циклоидальным кривым. Наибольшее применение получили эвольвентные профили, как наиболее технологичные, т. е. наиболее простые в изготовлении, и как наиболее работоспособные и надежные в эксплуатации.

Стандартным параметром зубчатого колеса также является угол профиля эвольвенты а, соответствующий точке на делительной окружности, — угол между радиусом-вектором и касательной к эвольвентному профилю в точке на делительной окружности. Его величина в СССР принята равной 20°.

Шаг по делительной окружности делится на толщину зуба S и ширину впадины е. Если S = е = р / 2, то колесо называют нулевым колесом. Если S > р / 2, то колесо называется положительным и толщину зуба подсчитывают по формуле , где х — коэффициент смещения исходного производящего контура относительно делительной окружности. Исходный производящий контур имеет очертания рейки, т. е. колеса с бесконечно большим числом зубьев. В этом случае эвольвента принимает вид прямой, наклоненной под углом α = 20° к делительной прямой, для которой S = е = π m /2.

Высота прямолинейного участка исходного производящего контура принимается равной 2ha*m, где коэффициент hа* принимают равным единице. Высота переходного участка, очерченного по дуге окружности радиуса ρ = 0,38 w, равна с*т, где с* = 0,25. Основные размеры колеса, указанные на рис. 14.57, подсчитывают по следующим формулам:

    радиус окружности вершин ra = m(z/2 + х + ha* — Δy);
    радиус окружности впадин r1 = m(z/2 + х — ha* — с*);
    радиус основной окружности rв = г cos α;
    высота зуба h = m(2hа* + с*).

При частных значениях параметров для нулевых колес (х=0) эти формулы значительно упрощаются:

При обозначении параметров для окружности произвольного радиуса rу используется индекс 'y(Sy, еу, рy).

Схема зацепления двух цилиндрических эвольвентных колес с числами зубьев z1 и z2 показана на рис. 14.58. При вращении колес боковые профили контактируют в точке К, а их общая нормаль N1N2 касается основных окружностей радиусов rв1 и rв2 и пересекает межосевое расстояние αω = О1 О2 в точке Р, называемой полюсом зацепления.

Рис. 14.58. Схема зацепления эвольвентных цилиндрических колес

Положение точки Р на линии О1 О2 определяет передаточное отношение u12, т. е. отношение угловых скоростей колес ω1 и ω2 при их зацеплении: u12 = ω1 / ω2 = ± РО2 / РO1 = ± z1 / z2. Если полюс зацепления Р не меняет своего положения, то передаточное отношение постоянно и колеса являются круглыми. Окружности, проходящие через полюс Р, называются начальными с радиусами rω1 и rω2. Они обкатываются друг по другу без скольжения. Угол зацепления аы характеризует положение общей нормали N1 N2 относительно перпендикуляра, проведенного к межосевой линии O1 O2. При зацеплении двух нулевых колес угол зацепления αω = α = 20°, в остальных случаях он может отличаться от этого значения (αω ≠ α).

Особенности конструкции зуборезного инструмента

Для нарезания зубчатых колес методом копирования применяют дисковые (рис. 14.59, а, г) или пальцевые (рис. 14.59, б, в, д) модульные фрезы. Нарезание производится на универсально-фрезерных станках с применением делительных устройств.

Рис. 14.59. Дисковая (а), пальцевые чистовая (б) и черновая (в) модульные фрезы и профилирование впадины дисковой (г) и пальцевой (д) фрезами

Наиболее распространенным инструментом (для нарезания зубчатых колес методом огибания, рис. 14.60, г) являются червячные фрезы, изготовляемые из быстрорежущей стали или оснащенные твердосплавными пластинами. На рис. 14.60 показана конструкция цельной червячной фрезы. Червячные фрезы изготовляют с разной степенью точности, что определяет и разные технические требования на допустимые погрешности при их заточке: отклонение передней поверхности от радиальности, наибольшую разность окружных шагов стружечных канавок, отклонение от требуемого направления стружечных канавок, шероховатость поверхности.

Рис. 14.60. Конструктивные элементы и геометрические параметры червячной модульной фрезы; а — основные поверхности и кромки фрезы, б, в — геометрические параметры соответственно чистовой и черновой фрез, г — схема профилирования впадины зубчатого колеса при нарезании червячной фрезой; 1 — передняя поверхность, 2 — кромка вершины винтовой нитки, 3 - кромка боковой стороны нитки, 4, 5 — задние поверхности на вершине и на боковой стороне винтовой нитки, 6 — стружечная канавка

Задние поверхности червячной фрезы (рис. 14.60, в, б) образуются затылованием, что обеспечивает постоянство профиля зубьев при заточке фрезы по передней поверхности. Передняя поверхность образуется нарезанием винтовой или наклонной стружечной канавки.

При небольшом угле подъема витков стружечные канавки делают параллельными оси фрезы, т. е. переднюю поверхность делают осевой плоскостью, что облегчает изготовление и заточку червячных фрез. У чистовых фрез передний угол γ = 0°, у черновых γ = 7° (рис. 14.60, в, б).

Задние углы у червячных фрез зависят от величины падения затылка К при затыловании: tg αв = Кz /(πDe), где z — число зубьев червячной фрезы; De — наружный диаметр фрезы.

Более точные колеса нарезаются долбяками (рис. 14.61). Для стандартных долбяков принят следующий ряд диаметров: 25, 50, 75 и 100 мм. Переднюю поверхность 1 выполняют конической для образования переднего угла γ — 5—10°. Задний угол при вершине зуба образуется конической задней поверхностью 2 путем шлифования долбяка на конус по наружному диаметру. Задняя поверхность 3 по боковому профилю выполняется при шлифовании на специальных станках в форме винтовой эвольвентной поверхности. На пересечении задних и передних поверхностей образуются режущие кромки 4 и 5.

Рис. 14.61. Конструктивные элементы зуборезного долбяка (а) и схемы его установки

Наибольшее применение имеют следующие долбяки: дисковые прямозубые, дисковые косозубые, чашечные прямозубые, хвостовые прямозубые, хвостовые косозубые. Косозубые долбяки имеют углы наклона зубьев 15 и 23°. Хвостовые долбяки имеют модули 1—4 мм, дисковые — 1—12 мм, чашечные — 1—9 мм.

Технология заточки зуборезных инструментов

Режущие элементы зуборезных инструментов изнашиваются по задней и передней поверхностям. Обычно лимитирующим износом, влияющим на точность нарезаемого колеса и шероховатость поверхности, является износ у вершины зуба по задней поверхности hз (табл. 14.30), величина которого определяет припуск h (мм) при заточке инструмента по передней поверхности: h = hз + (0,1—1, 15).

14.30. Износ по задней поверхности
hз зуборезных инструментов

Для заточки червячной фрезы по передней поверхности необходимы следующие движения: подача на врезание, деление на зуб, продольная подача и относительный поворот образующей для формообразования винтовой поверхности.

При заточке фрез с прямолинейными стружечными канавками дополнительного поворота не требуется, так как винтовая передняя поверхность становится плоской и ее можно шлифовать торцом круга. Конструкция станка для заточки таких фрез значительно упрощается, а точность и жесткость станка повышаются. Съем припуска осуществляется по схеме многопроходного шлифования с делением на зуб после каждого двойного хода. Более современные станки предусматривают однопроходное (глубинное) шлифование, т. е. полную обработку передней поверхности с последующим поворотом для заточки следующего зуба. Продольная подача может осуществляться либо подвижным столом, на котором устанавливается фреза, либо подвижной шлифовальной бабкой. Обе схемы используются в разных моделях станков.

При заточке фрез с винтовыми стружечными канавками дополнительное вращательное движение фрезы осуществляется поворотом шпинделя посредством одного из следующих устройств: синусной линейки, шестеренчато-реечной зубчатой передачи, шариковым винтом, специальным электрогидравлическим следящим приводом.

Наиболее сложные станки для заточки червячных фрез имеют следующий цикл работы: грубое шлифование, предварительное выхаживание, тонкое шлифование, тонкое выхаживание. Параметры, определяющие продолжительность цикла: подача на оборот фрезы, частота вращения фрезы при грубом, тонком шлифовании и выхаживании, число затачиваемых зубьев между подачами на глубину резания и между двумя правками, скорость подач при правке, устанавливаются соответствующими устройствами при наладке станка.

Станки для заточки фрез с прямыми канавками имеют разнообразные программы цикла. При многопроходном цикле предусматривается грубая и тонкая заточки и выхаживание. При однопроходном цикле рабочий ход происходит при медленной продольной подаче (глубинное шлифование), а холостой ход — при быстром продольном перемещении. Иногда тонкое шлифование осуществляется за несколько ходов.

Переднюю поверхность фрез с винтовыми стружечными канавками шлифуют конической поверхностью тарельчатого круга с углом профиля 15—20° и более при малых модулях (m < 2 мм) или при определенных погрешностях по радиальности передней поверхности (для класса точности А m ≤ 4 мм, для класса точности АА m ≤ 8 мм). Это связано с тем, что угол подъема винтовых линий на фрезе зависит от размера цилиндрической поверхности. Относительно винтовой линии на среднем диаметре фрезы угол подъема винтовых линий меньше для точек профиля на вершине зуба и больше для точек профиля на впадине зуба. В связи с этим прямолинейная образующая конического круга при заточке срезает часть металла на передней поверхности и ее образующая становится выпуклой вместо прямолинейной.

Во избежание подобного подрезания образующая шлифовального круга должна иметь криволинейный выпуклый профиль, который достигается правкой кругов по копиру. Копиры могут быть сменные или перенастраиваемые в виде объемного поворачиваемого копира или деформируемой пластины, изгибаемой асимметрично относительно средней точки в соответствии с расчетными углами подъема винтовой линии.

Схема настройки механизма правки полуавтомата модели ЗА662 показана на рис. 14.62. Шлифовальный круг 2 вводится в канавку затачиваемой фрезы 1 с радиусом Ro и определяется величина А по шкале на неподвижных салазках. Зная размеры А и Ro, определяют величины В, С, D и L1, обеспечивающие прохождение алмазов 3 точки О в тот момент, когда щуп 7 проходит точку А копира 4, закрепленного в кассете 5. Установка кассеты в корпусе механизма правки осуществляется по шкале 13 и нониусу 12 на величину L1.

Рис. 14.62. Схема настройки механизма правки полуавтомата мод. ЗА662

Упоры 11 и 14, переставляемые по штанге 10, нажимают на конечные переключатели 9 и 15 и ограничивают ход ползуна, на котором закреплен щуп Z Координаты точек К и М на профиле круга (xг, yг и хв, ув соответственно для головки и ножки профиля) рассчитывают или определяют по таблицам, прикладываемым к паспорту станка. Микрометрическими винтами 6 и 8 устанавливают соответствующие величины прогибов hв и hг, копира 4, выполненного в виде деформируемой пластины.

Зуборезные долбяки с прямыми зубьями затачивают по передней поверхности периферией круга на плоскошлифовальных станках с круглым столом, на универсально-заточных станках с применением приспособления для круглого шлифования (рис. 14.63, а). У косозубых долбяков заточку каждого зуба производят раздельно по методу плоского шлифования периферией круга (рис. 14.63, б). Боковая поверхность зубьев используется в качестве делительного диска.

Рис. 14.63. Заточка дискового прямозубого (а) и дискового косозубого (б) долбяков

Относительно оси долбяка образующая передней поверхности имеет наклон для образования переднего угла по вершине зуба. Поверхность зуба долбяка устанавливается симметрично относительно круга, что обеспечивает равенство передних углов на боковых режущих кромках. Это обеспечивается соответствующей установкой долбяка в приспособлении иод углами у и р.,, где р,— угол наклона линии зуба долбяка.

В долбяках для шевронных колес передние поверхности зубьев должны иметь такое расположение, при котором обе боковые и по вершине режущие кромки должны доходить до угла шеврона одновременно. т.е. они располагаются в плоскости, перпендикулярной оси долбяка. В этом случае для выравнивания передних углов на тупой стороне вдоль эвольвентной кромки вышлифовывают канавку, а на острой стороне — затачивают фаску.

Станки для заточки долбяков предусматривают работу с разными циклами — от ручного до автоматическог о управления. Циклы заточки рассчитаны на многопроходное или однопроходное шлифование, предварительную и чистовую заточку с раздельной правкой и на выхаживание без подачи на глубину шлифования.

Контроль качества заточки зуборезного инструмента

Зуборезные инструменты в зависимости от их назначения изготовляют с разной точное 1ью. Различают следующие классы точности червячных фрез: АА, А, В и С, рекомендуемые для изготовления колес разной степени точности: соответственно 7; 8; 9; 10.

Отклонение от радиальности fλ, передней поверхности на рабочей высоте профиля зуба проверяется после заточки с помощью специальных приборов или индикаторов (рис. 14.64, в).

Для однозаходных червячных фрез допускаемые пределы отклонений зависят от модуля и класса точности фрезы. Например, для фрез класса А отклонение fλ, от радиальности передней поверхности для фрез разного модуля m изменяется в следующих пределах:

Для фрез разных классов точности с модулем от 3,55 до 6 мм отклонение fλ изменяется в следующих пределах:

Наибольшая разность fpt: окружных шагов рt стружечных канавок чистовых червячных фрез допускается в следующих пределах: для фрез класса А

для фрез с модулем от 3.55 до 6 мм

Осуществляется также контроль накопленной погрешносги окружного шага р1 стружечных канавок и погрешности направления стружечных канавок на 100 мм длины рабочей части фрезы (рис. 14.64).

Рис. 14.64. Контроль параметров червячной фрезы после заточки

При сравнительном измерении погрешностей окружного шага фрезу устанавливают в центрах прибора (рис. 14.64, а) и подводят измерительный суппорт 1 до касания наконечниками неподвижного 2 и рычажного 4 упоров передних поверхностей двух соседних зубьев в точках на одном и гом же среднем цилиндре, радиус которого устанавливается винтом 18. При упоре штифта на суппорте 1 в установочный винт 18 показания индикатора 3 устанавливают на нулевое значение шкалы, отводят суппорт от фрезы и фрезу поворачивают на один угловой шаг. Затем подводят суппорт до касания в упор 2. По показаниям индикатора определяют относительное отклонение окружного шага от первоначального, принимаемого за базу для отсчета отклонений. Подобные измерения проводят для всех зубьев фрезы и находят наибольшие отклонения от номинального, которые не должны превышать допустимых значений.

На приборах с делительными дисками (рис. 14.64, б) измеренные с помощью индикаторов 9 и 11, каретки 10 и наконечника 12 окружные шаги на фрезе 8 сравниваются с номинальными значениями шагов, которые воспроизводятся делительным диском 5 и фиксатором 7.

Рукоятка 6 служит для вывода фиксатора 7 из паза диска 5 во время поворота фрезы 8 совместно с диском 5 на окружной шаг.

Измерение переднего угла, числовое значение которого определяют из соотношения tg γ = a / l, и прямолинейности передней поверхности зуба фрезы осуществляют на приборе, схема которого показана на рис. 14.64, в. В осевой плоскости фрезы 17 устанавливают исходное положение наконечника 16. При перемещении каретки 14 в плоскости, параллельной осевой плоскости фрезы, с помощью индикаторов 13 и 15 измеряют длины а и l, на которые переместится наконечник при скольжении по передней плоскости фрезы.

 

 

 

Top.Mail.Ru
Top.Mail.Ru