Задать вопрос:





Статьи

Статьи>> Зубодолбежные станки и режимы резания при зубодолблении

Зубодолбежные станки и режимы резания при зубодолблении

Современные Зубодолбежные станки имеют вертикальную компоновку, жесткую конструкцию и мощный главный электродвигатель, гидростатические подшипники долбежного шпинделя и обильное охлаждение. Высокая производительность достигается увеличением частоты движения инструмента до 1500... 2000 дв. ход/мин. Для расширения технологических возможностей зубодолбежные станки нового поколения оснащают ЧПУ, шпиндель инструмента устанавливают в подвиж­ной каретке, чтобы менять положение долбяка вдоль оси обрабатываемого зубчатого венца.

По конструктивным признакам Зубодолбежные станки разделяются на три основных типа:

  • с перемещающимся горизонтально столом 1(рис. 1, а) для выполнения движения подачи на врезание и неподвижной стойкой 2;
  • с неподвижным столом 1 (рис. 1, б) и перемещающейся горизонтально стойкой 2 для выполнения движения подачи инструмента на врезание;
  • с неподвижным столом 1 (рис. 1, в), перемещающейся горизонтально стойкой 2 и кареткой долбежной головки 3, перемещающейся вертикально для изменения положения хода долбяка.

Рис. 1. Компоновка зубодолбежных станков

Станок с неподвижным столом имеет большие преимущества перед станком с подвижным столом, особенно при его автоматизации. Для изготовления конусных (затылованных) зубьев (рис. 1, д),например у зубчатых муфт синхронизаторов коробки передач, одну из осей заготовки или инструмента наклоняют на определенный угол е (рис. 1, г). В специальных станках, применяемых в массовом производстве, под вертикальную стойку 2 подкладывают промежуточную плиту 3 (см. рис. 1, г) для наклона инструмента на угол 0...100. У станков универсального назначения плавно наклоняется стол заготовки под углом ± 10° или стойка станка под углом ε = 0÷10°.

У зубодолбежного станка с ЧПУ по сравнению со станком с механическими связями вместо сложных кинематических цепей предусмотрены отдельные двигатели для главного движения долбяка и управления станком по осям X, Y, Z, С и D(рис. 2, а). Горизонтальное перемещение стойки 4 (ось X) предназначено для изменения диаметра обработки зубчатых колес с внутренним и внешним зацеплениями и радиальной подачи. Перемещение стойки 4 по оси Y применяется при радиальном отводе долбяка под углом и обработке специальных профилей зубчатого колеса. Вертикальное перемещение каретки 5 (ось Z) способствует изменению зоны обработки по высоте. Независимый привод шпинделя инструмента 2 (ось С) и шпинделя заготовки 1 (ось D) обеспечивает их точное непрерывное и прерывистое вращение. Программируемое согласованное вращение по осям С и D позволяет достигать высокой точности обработки методом обкатки.

Рис. 2. Зубодолбежиый станок с ЧПУ (а) и его технические возможности (б, в, г)

На станке предусмотрена возможность изменения длины хода штосселя 5 при зубодолблении (рис. 2, б). Отвод долбяка 6 (рис. 2, в) при обратном ходе производят с помощью устройства отвода, что упрощает конструкцию станка и повышает его жесткость. Для незначительной корректировки направления зуба (с учетом последующей термообработки) предусмотрен наклон долбяка 7 на ±0,5° (рис. 2, г).

Конструктивные изменения, принятые в станках с ЧПУ, значительно расширяют их технологические возможности и позволяют при работе долбяками класса АА получать степень точности 5 по ГОСТ 1643-81.

На рис. 3, а показан пример последовательного зубодолбления венцов 1, 2 и 3 зубчатого колеса. Зубчатые венцы имеют одинаковый модуль и обрабатываются одним долбяком 4. При необходимости имеется возможность применять 2-3 долбяка, установленных на одном шпинделе. Последовательное зубодолбление за одну установку повышает производительность и точность взаимного расположения зубчатых венцов. Последовательное долбление зубьев внутреннего 2 и внешнего 1 зацепления хвостовым 3 и дисковым 4 долбяками приведено на рис. 3, б.

Рис. 3. Последовательное зубодолбление нескольких зубчатых венцов

Высокую экономичность при зубодолблении достигают при правильном выборе методов и режимов резания. Режимы резания выбирают в зависимости от требуемого качества поверхности и точности зубчатого зацепления, модуля, свойства материала заготовки и т.д. Основные параметры режимов резания при зубодолблении: скорость резания, круговая и радиальная подачи и число рабочих ходов.

Рис.4. Схемы зубодолбления

Основное время t0, мин, при долблении зубьев:

t0=dπi/nSкр+h/nSp,

где d- диаметр делительной окружности колеса, мм; n -частота движения долбяка, дв. ход/мин; Sкр , Sp -круговая и радиальная подачи, мм/дв. ход; i - число рабочих ходов; h - высота зуба, мм.

Процесс зубодолбления происходит при изменении межосевого расстояния между заготовкой и инструментом со следующими радиальными подачами: ступенчатой, без обкатного движения и спиральной.

При ступенчатой радиальной подаче долбяк 2 при взаимной обкатке с заготовкой 1 врезается на определенную глубину и затем только при круговой подаче за полный оборот колеса осуществляется обработка всех зубьев (рис. 4, а). Этот цикл обработки называют рабочим ходом. Зубодолбление внутренних и внешних зацеплений за один рабочий ход применяют очень редко, в основном для зубчатых зацеплений до модуля m = 1,5 мм и муфт с укороченными зубьями. При увеличении модуля и высоты зуба заготовки число рабочих ходов при зубодолблении увеличивается (табл. 1).

Так как при черновой обработке из впадин зубьев удаляется максимальный объем металла, то оптимизация режимов резания на этой стадии обработки позволяет существенно повысить эффективность процесса.

Глубину резания при черновой обработке определяют из условия равенства силы резания на всех рабочих ходах (табл. 2).

В табл. 3 приведены круговые подачи и скорости резания, рекомендуемые для чернового зубодолбления.

1. Рекомендуемое число рабочих ходов при зубодолблении целой заготовки
Зубодолбление Модуль m, мм
до 1,5 1,5...2,5 2,5...6,0 6,0...10,0
Черновое - 1 2 3
Чистовое 1 1 1 2

2. Рекомендуемая глубина резания
Рабочий ход Глубина резания при числе черновых рабочих ходов, %
1 2 3 4
Первый 100 66 51 41
Второй 34 28 25
Третий 21 16
Четвертый 16

3. Круговые подачи и скорости резания при черновом зубодолблении

Обрабатываемый материал

от. МПа

Твердость НВ

Круговая подача, мм/дв. ход долбяка, при модуле, мм

Скорость резания, м/мин

До 1,5

Св. 1,5
до 2,5

Св. 2,5 до 4,0

Св. 4,0
до 6,0

Св. 6,0 до 8,0

15,20

441... 490

127...141

0,30

0,40

0,40

0,50

0,50

30...40

35, 45, 40Х, 12Х2Н4А, 18ХГТ, З0ХГТ

588. ..735

155...210

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

28...35

З0ХМ, 40ХНМ

637. ..735

183.. .210

0,18

0,20

0,25

0,25

0,30

25.. .35

Чугун

245...441

65... 127

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

20.. .30

Бронза

196... 245

-

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

50... 60

Для чистовых рабочих ходов особенно для зубчатых колес, в дальнейшем не подвергающихся финишной обработке шлифованием, шевингованием и др., уменьшают круговую подачу и увеличивают скорость резания в 1,2... 1,5 раза. Это позволяет у колес внешнего зацепления получить высокую точность и низкие параметры шероховатости поверхности зубьев.

При зубодолблении колес внутренних зацеплений вследствие благоприятных условий резания и одинаковом направлении вращения долбяка и заготовки, при чистовом рабочем ходе круговую подачу можно не уменьшать. При чистовых рабочих ходах глубина резания составляет 0,15...0,3 мм.

Величину радиальной ступенчатой подачи определяют в зависимости от твердости обрабатываемого материала:

Твердость НВ ...............................135...185 185...230 230...290 290...400
Радиальная подача, мм/дв. ход ...0,06...0,03 0,05...0,02 0,04...0,015 0,03...0,01

Известно, что режущая кромка на ведомой стороне зуба долбяка изнашивается значительно интенсивнее, чем на ведущей стороне. Для повышения стойкости долбяков целесообразно изменять направления вращения долбяка и заготовки после каждого рабочего хода или смены заготовки, если позволяет конструкция станка и угол радиального отвода долбяка равен нулю.

В конструкциях зубодолбежных станков долбяк перемещается от эксцентрика 1 с переменной скоростью в течение полного рабочего хода (рис. 5, а). Движение начинается с нулевой скорости, максимальное значение скорости достигается к середине хода, а затем скорость снижается и в конце хода равна нулю. Частота движения долбяка определяется из максимального значения скорости. Обратный ход долбяк производит по такому же закону.


Рис. 5. Схемы долбяка (а, в) и эпюры скоростей его движения (б, г)

Максималъная скорость резания, соответствующая примерно середине длины хода долбяка, и средняя скорость резания соответственно определяются по формулам:


где n - частота движения долбяка, дв. ход/мин; L-длина хода долбяка:

Здесь mn - нормальный модуль, мм; b —ширина зубчатого венца, мм.

При обработке косозубых колес скорость резания зависит от угла наклона линии зуба колеса β:

У зубодолбежных станков новой конструкции благодаря приводу долбяка через двойной коленчатый вал 2 скорость резания во время рабочего хода остается постоянной, а во время обратного хода увеличивается (рис. 5, б). Это позволяет при одинаковых частоте движения долбяка и времени обработки снизить скорость резания и повысить стойкость режущего инструмента или повысить скорость резания и уменьшить время обработки. Преимуществом метода ступенчатой радиальной подачи является высокая точность обработки. Невысокую производительность, особенно при обработке зубчатых колес с малым числом зубьев, следует отнести к недостаткам этого метода.

При радиальной подаче без обкатного движения неподвижный долбяк 2 врезается в неподвижную заготовку 1 на величину резания, после чего включается круговая подача (рис. 4,6). Этот метод применяют для зубчатых колес с внутренним зацеплением, у которых возникают повреждения зубьев при отводе долбяка.

При спиральной радиальной подаче долбяк 2 во время обкатки непрерывно перемещается и за несколько оборотов заготовки 1 достигает полной глубины. Радиальная подача может быть постоянной и уменьшающейся (см. рис. 4, в). Спиральную радиальную подачу часто применяют для обработки зубчатых колес под последующие финишные операции: шевингование, холодную прикатку, хонингование и шлифование.

При ступенчатой радиальной подаче зубья долбяка на ведомой стороне снимают очень тонкий слой металла 1, который вызывает их интенсивное изнашивание по задней поверхности. В то же время на ведущей стороне зубьев долбяка условия резания более благоприятные и износ существенно меньше (рис. 6, а).

При спиральной радиальной подаче со сравнительно высокой круговой и низкой радиальной подачами образуется благоприятная трехкомпонентная стружка 3 без смятия (рис. 6, б). Это обеспечивает незначительное и равномерное изнашивание ведущей и ведомой сторон зубьев долбяка.

На рис. 6, в показана схема образования стружки при спиральной радиальной подаче, достигающей необходимой глубины за четыре оборота зубчатого колеса. Благоприятные условия резания позволяют повысить стойкость долбяков в 1,5. ..2 раза или при равной стойкости инструмента снизить время обработки до 30 %. Однако зубодолбление со спиральной радиальной подачей может быть реализовано на станках, которые имеют высокую скорость вращения стола и раздельное регулирование круговой и радиальной подачами.

Зубодолбление с большими круговыми подачами приводит к увеличению главной силы резания:

Pz max≈m1,2Skp0,85

Поэтому статическая и динамическая жесткость станков является необходимым условием для применения спиральных радиальных подач. При этом методе обработку производят за один черновой рабочий ход и один или два чистовых. Два чистовых рабочих хода применяют для обработки зубчатых колес с высокими требованиями по точности и шероховатости поверхности зубьев. Глубина резания за оборот заготовки при черновой обработке составляет 0,5...2,0 мм, при чисто­вой - 0,15...0,4 мм. Скорость резания при черновой обработке целесообразно выбирать по табл. 3.


Рис. 6. Схемы стружкообразоваиия

В зависимости от обрабатываемости материала и требований к шероховатости поверхности скорость резания при чистовом рабочем ходе увеличивают в 1,5...5 раз по сравнению с черновым. Подачи:при черновом рабочем ходе

Skp = 1,0...6,0 мм/дв. ход;
Sp = 0,03...0,15 мм/дв. ход;

при чистовом рабочем ходе

Skp = 0,5...1,0 мм/дв. ход;
Sp = 0,01...0,04 мм/дв. ход;

При зуботочении круглыми долбяками угол скрещивания осей заготовки и долбяка ∑ может быть 25...35°. При ∑ = 25° можно установить более жесткую оправку, но возникают неблагоприятные условия резания и требуется большая частота вращения инструмента. Угол наклона долбяка определяют по формуле

β0 = ∑ - β2,

для прямозубых колес при β2 = 0

β0 = ∑.

Здесь β2 - угол наклона обрабатываемого зуба колеса.

При обработке прямозубых колес хорошие результаты получают при работе долбяками с β0 = 30°.

Делительный диаметр долбяка

где mn0 - нормальный модуль долбяка, мм; Z0 - число зубьев долбяка.

Благоприятными для обработки являются большие значения Z0 и d0, при которых достигается более жесткое закрепление инструмента, меньшее число оборотов шпинделя и незначительный износ долбяка.

4. Скорости резания и осевые подачи при зуботочении

Материал

НВ

Осевая подача, мм/об, долбяка

Скорость резания, м/мин

Цементуемые стали после отжига

143... 215

1,5... 2,0

35...40

Улучшенные стали после отжига

156...242

1,5...2,0

25...30

Улучшенные стали

156...375

8,5.. Л ,0

20...30

Чугуны

≥114

1,5.. .2,0

25...30

Цветные металлы

86. ..143

0,5.. .1,0

50...60

Скорость резания при зуботочении внутренних зацеплений

где v2, v0 - окружная скорость соответственно заготовки, долбяка, м/мин.

Из условия v2cosβ2=v0cosβ0 получаем

Для обработки прямозубых колес

Частоту вращения долбяка определяют по формуле

В табл. 4 приведены рекомендуемые скорости резания и осевые подачи при зуботочении цилиндрических колес и червяков из различных материалов.

А.С. КАЛАШНИКОВ, канд. техн. наук (МГТУМАМИ)
Справочник. Инженерный журнал № 11, 2002, стр. 19-23.

Статьи партнеров