Технологические процессы изготовления зубчатых колес Исполнитель

Технологические процессы изготовления зубчатых колес

План :

1. Виды зубчатых колёс.
2. Типы конструкции зубчатых колес, технические требования, материалы и заготовки.
3. Этапы технологических процессов и их реализация
4. Контроль зубчатых колес

 {spoiler=Подробнее}

Ключевые слова по теме лекции::

         Зубчатое колесо; степень точности; основное отверстие; технологические базы; зубонарезание; ....; мембранные патрон; ..; методы контроля.

1. Виды зубчатых колёс

Зубчатые колеса - широкораспространенные детали машин и механизмов. Служат для передачи движения вращения и крутящего момента от одного вала к другому при заданном передаточном отношении. Используются в коробках передач тракторов, автомобилей, станков, в редукторах и подъемных устройствах, в приборах и часовых механизмах и т.д.

         На рис.9.1. показаны основные типы конструкций зубчатых колес с технологической точки зрения.

          I тип - одновенцовые цилиндрические и конические, со ступицей и без ступицы с гладким, шпоночным или шлицевым отверстием и отношением длины осевого отверстия l к его диаметру d/L <1 (типа «втулки»).

         II тип - многовенцовые цилиндрические и конические с гладким, шпоночным или шлицевым отверстием.

         III тип - одновенцовые цилиндрические и конические с гладким шпоночным или шлицевым отверстием и отношением l/d<1 (типа «диски»).

         IV тип - цилиндрические, конические и червячные колеса - «венцы», собираемые после обработки со ступицами.

         V тип - цилиндрические и конические колеса с хвостовиком (вал- шестерни).

         Каждый из перечисленных типов зубчатых колес имеет свой типовой технологический процесс с характерными технологическими установочными базами.

1. Типы конструкции зубчатых колес, технические требования, материалы и заготовки

         Исходя из служебного назначения, наиболее жесткими требованиями в зубчатых колесах связываются осевые отверстия и зубчатый венец, так, как взаимное биение этих поверхностей оговаривается в пределах 0,01- 0,1 мм. Менее жесткие требования к перпендикулярности торцов зубчатых венцов по отношению к осевому отверстию (в пределах 0,05- 0,1 мм). Само осевое отверстие обрабатывается в зубчатых колесах по 6- 9 квалитету точности с шероховатостью Ra1,25- 2,5 мкм. Требования к обработке зубчатого зацепления регламентируется его степенью точности. В машиностроении применяются зубчатые колеса от 5 до 10 степени точности, при этом 9- 10 степень точности соответствует открытым зубчатым передачам, а 5- 6 - наиболее точным делительным механизмам. Шероховатость рабочих поверхностей зубьев лежит в приделах Ra0.63- 2,5мкм.

         Материал изготовления зубчатых колес подбирается, исходя из величин передаваемого крутящего момента и окружной скорости. Малонагруженные тихоходные зубчатые колеса изготовляются из пластических масс, серого или ковкого чугуна, незакаленных конструкционных сталей марок 20, 35 или 40. Для быстрохохдных тяжелозагруженных зубчатых пар применяются термически обработанные конструкционная сталь 45 или легированные стали типа 40Х; 12ХНЗА; 18ХГТ и др.

                   Рис. 9.1. Типы зубчатых колес.

         Вид заготовок для зубчатых колес определяется их материалом и программой выпуска (видом производства). Заготовки из чугуна отливаются. При малых размерах зубчатых колес (до Æ50мм) практически во всех видах производства применяется прокат, который разрезается на заготовки нужной длины. В индивидуальном и мелкосерийном производстве для зубчатых колес больших диаметров применяются поковки, выполненные свободной ковкой на молотах. Малые партии заготовок средних размеров получают штамповкой в подкладных штампах на молотах или прессах. В крупносерийном и массовом производстве штампованные заготовки для зубчатых колес получают в закрытых штампах на молотах, прессах или горизонтально- ковочных машинах с выштамповкой осевого отверстия.

3.  Этапы технологических процессов и их реализация

         Последовательность операций технологического процесса механической обработки зубчатых колес зависит от того, к какому из ранее рассмотренных типов конструкций они относятся. Так, для I и II типов - одновенцовые и многовенцовые зубчатые колеса типа «втулка» этапы технологического процесса следующие: 1) подрезание торца, черновая, получистовая обработка осевого отверстия; 2) черновая и получистовая обработка наружного диаметра и остальных поверхностей (базирование по осевому отверстию); 3) нарезание зубьев (предварительное, окончательное, шевингование, если это необходимо по степени точности зубчатого колеса); 4) термообработка; 5) чистовая обработка осевого отверстия (базирование по зубьям); 6) отделочная обработка зубьев (базирование по осевому отверстию).

Для зубчатых колес « дисков» (тип III) последовательность описанного выше техпроцесса сохраняется, но в качестве установочной технологической базы используется торец зубчатого венца из- за малой длинны осевого отверстия.

         Для зубчатых колес - «венцов» сборочной базой служат внутренний торец ступенчатого осевого отверстия и отверстия для крепления венца к ступице колеса, поэтому эти и другие поверхности у таких колес должны быть обработаны в следующей последовательности: 1) подрезание внутреннего торца, обработка осевого отверстия и других поверхностей, доступных с одного установа; 2) обработка крепежных отверстий (базирование по внутреннему торцу и осевому отверстию); 3) черновая и чистовая обработка зубчатого венца и остальных поверхностей (базирование по торцу и двум крепежным отверстиям); 4) нарезание зубьев предварительно, окончательно; 5) чистовая подрезка внутреннего торца (базирование по зубьям); 6) отделочная обработка зубьев (базирование по торцу и двум крепежным отверстиям).

         Для зубчатых колес «вал- шестерня» сохраняется последовательность обработки валов. т.е.: 1) подрезка торцов и обработка центровых отверстий; 2) черновая и получистовая обработка наружных поверхностей; 3) обработка отверстий, шлиц, шпоночных канавок, резьбы и т.д.; 4) нарезание зубьев; 5) термообработка;6) отделочная обработка высокоточных шеек вала; 7) отделочная обработка поверхности зубьев.

         Обработка цилиндрических поверхностей      проводится на станках токарной группы. В зависимости от вида производства используются универсальные токарно- винторезные станки (индивидуальное, мелкосерийное производство), токарно- револьверные и многорезцовые станки (серийные производства), многошпиндельные токарные полуавтоматы (крупносерийное и массовое производство). Так, на рис.9.2. показана технологическая наладка обработки зубчатого колеса на токарно- револьверном станке. Номерами на рисунке обозначены настроенные на размер инструментальные наладки по позициям револьверной головки, имеющей только продольную подачу. Поперечный суппорт с наладками А и Б применяются для подрезания торцов, снятия фасок. Для проточки канавок применяется наладки (поз. 4) с ручным поперечным суппортом для врезания резца.

Рис.9.2. Технологическая наладка обработки зубчатого колеса на токарно-револьверном станке.

На рис.9.2. представлена первая операция техпроцеса обработки заготовки зубчатого колеса, когда начерно и начисто обрабатывается осевое отверстие (поз. 3, 5, 6) и попутно, с одной установки от черной базы ступицы - все остальные доступные поверхности.

         На рис.9.3. показана технологическая наладка точения зубчатого колеса на одношпиндельном многорезцовом полуавтомате. Это вторй этап техпроцесса, т.к. заготовка базируется по оправке на предварительно обработанное осевое отверстие. Многорезцовый токарный полуавтомат имеет передний продольный и задний поперечныи суппорты.

Рис. 9.3. Технологическая наладка обработки заготовки зубчатого колеса на одношпиндельном многорезцовом тоарном полуавтомате.

 Сочетание резцовых наладок продольной и поперчной подачей соответственно обеспечивает обработку всех наружных поверхностей заготовки.

         Для повышения производительности токарной обработки применяются многошпиндельные полуавтоматы, рис.9.4. когда против каждого вращающегося шпинделя (на каждой позиции, кроме 1- загрузочной) располагается своя инструментальная наладка, что позволяет вести одновременную обработку на всех позициях, а на первой менять заготовку, используя вспомогательное перекрываемое время. Заготовка при повторе стола станка со шпинделями последовательно проходит все позиции обработки.

         На рис.9.4.показан первый этап техпроцесса обработки зубчатого колеса. Для совмещения первого и второго этапов применяются восьмишпиндельные двухиндексные токарные полуавтоматы (рис.9.5.) На столе станка по нечетным позициям установлены трехкулачковые патроны для закрепления заготовок по черной базе, а по четным- разжимные оправки для установки заготовки по обработанному осевому отверстию. Стол станка при этом поворачивается сразу на две позиции. На нечетных позициях работают инструментальные наладки по обработке торца и осевого отверстия. После прохождения первого цикла по нечетным позициям заготовка переустанавливается станочником со сменой базы на четные позиции, где располагаются инструментальные наладки по обработке остальных наружных поверхностей.

         Рис.9.4. Технологическая наладка обработки зубчатого колеса на шестишпиндельном токарном полуавтомате.

         Рис.9.5. Технологиечские наладки обработки зубчатого колеса на двухиндексном восьмишпиндельном токарном полуавтомате.

Нарезание зубьев зубчатого колеса осуществляется различными методами в зависимости от вида зубьев (прямые, косые, винтовые и т. д.), программы выпуска и степени точности зубчатого зацепления. При индивидуальном поизводстве и ремонтных работах для нарезания прямых и косых зубьев цилиндрических колес используются горизонтально- фрезерные станки с делительной головкой и дисковые модульные фрезы, выпускаемые наборами одного модуля для разного количества зубьев обрабатываемых зубчатых колес.

В серийных и массовом видах производства применяются специализированные зубофрезерные станки, работающие червячной модульной фрезой, обрабатывающей зубья методом обкатки. Широко применяются также зубодолбежные станки с возвратно- поступательным рабочим движением вращающегося дискового долбяка. Этот способ является единственным для нарезания зубьев на многовенцовые зубчатых колесах (тип. II).

         Конические зубчатые колеса с расширяющимися впадинами между зубьями от меньшего диаметра к большему обрабатывают, как правило, за два этапа: сначала прорезают впадину между зубьями профильными дисковыми фрезами методом деления, а затем на зубострогальных станках методом обкатки двумя модульными резцами, установленными под соответствующим углом друг к другу, получают окончательный профиль зубьев. Конические зубчатые колеса с криволинейными зубьями нарезаются на специальных станках резцовыми головками. Подробнее методы нарезания зубьев описаны в дополнительных источниках [1-9].

         Чистовая отделка зубчатых колес проводится шевингованием на зубошевинговальных станках для повышения степени точности, улучшения шероховатости обработки и исправления профиля зубьев.

         После термической обработки на внутришлифовальных станках шлифуются осевые отверстия зубчатых колес при их базировании и закреплении по поверхностям зубьев с помощью мембранных роликовых патронов. Затем шлифуются тем или иным способом рабочие поверхности зубьев при базировании зубчатого колеса по осевому отверстию

4. Контроль зубчатых колес

Контроль точности изготовления зубчатых колес проводится как межоперационный, так и окончательный. Линейные размеры, диаметры наружных и внутренних цилиндрических поверхностей измеряются соответствующими мерительными инструментами, либо контролируются предельными калибрами. Качество обработки зубьев проверяется шагомерами, зубомерами, шаблонами или эвольвентомерами. Взаимное расположение поверхностей зубчатого колеса, их концентричность, биение, перпендикулярность определяются на контрольных приспособлениях- центрах с индикаторными переналаживаемыми стойками. Зубчатые колеса при этом устанавливаются на оправки с центровыми отверстиями.

Вопросы для самопроверки

1. Какие Вы знаете типы зубчатых колёс?
2. Какие требования предъявляются при изготовлении зубчатых колёс?
3. Из каких материалов изготавливаются зубчатые колёса?
4. Приведите этапы технологического процесса изготовления зубчатых колёс.
5. Как проводится контроль зубчатых колёс?

{/spoilers}