Нарезание цилиндрических зубчатых колес. Цилиндрические прямозубые и косозубые колеса нарезают двумя основными методами: копирования и обката.
Метод копирования, при котором профиль режущей части инструмента соответствует профилю впадины зуба нарезаемого колеса (рис. 2, в), имеет в основном малую производительность и невысокую точность, поэтому его применяют ограниченно, обычно в единичном производстве для обработки неответственных зубчатых передач (например, дисковыми модульными фрезами на универсально-фрезерных станках с использованием делительной головки). Метод копирования пальцевыми модульными фрезами применяют для обработки крупномодульных цилиндрических и шевронных колес, а также когда изготовление червячными фрезами неэкономично.
Метод обката, обладающий более высокой производительностью и точностью, широко применяется в различных отраслях промышленности. В настоящее время наибольшее распространение получили следующие способы зубофрезерование методом обката.
Зубофрезерование с осевой подачей осуществляется при подаче червячной фрезы параллельно оси обрабатываемого колеса (рис. 2, а). Этот универсальный способ имеет наибольшее применение в промышленности для нарезания цилиндрических колес и шлицевых валов на обычных зубофрезерных станках. К недостаткам этого способа относится большая длина врезания l, которая возрастает с увеличением диаметра червячной фрезы и угла наклона линии зуба.
3убофрезерование с радиальной осевой подачей заключается в том, что подача червячной фрезы в начале резания и до получения полной высоты зуба осуществляется радиально к оси обрабатываемого колеса, затем она прекращается и включается осевая подача (рис. 2, б). Этот способ осуществляется на специальных зубофрезерных станках обычными червячными фрезами. Производительность при радиально-осевой подаче выше, чем при осевой, за счет сокращения времени на врезание. Из-за повышенного износа зубьев червячной фрезы радиальная подача выбирается в пределах 0,7-0,9 мм/об. Этот способ рекомендуется применять там, где это необходимо по условиям обработки, например при зубофрезеровании зубчатых колес с большим наклоном линии зуба и закрытых зубчатых венцов, при зубофрезеровании двумя рабочими ходами и работе червячными фрезами большого диаметра. В обычных условиях способ с осевой подачей является более экономичным.
Зубофрезерование с диагональной подачей осуществляется на специальных зубофрезерных станках, где осевая подача сочетается с тангенциальной. Фреза перемещается по диагонали параллелограмма, составленного из двух подач - осевой и тангенциальной (рис. 2, г).
Зубофрезерование с диагональной подачей по сравнению с осевой улучшает сопрягаемость профилей зубьев прямозубых колес при обкате благодаря скрещиванию огибающих резов. Это особенно важно для зубчатых колес, которые в дальнейшем не подвергаются окончательной обработке (например, зубчатые колеса насосов). Уменьшается также шероховатость поверхности на профилях зубьев. Существенно повышается период стойкости червячных фрез из-за более равномерного износа зубьев по всей рабочей длине фрезы.
Этот способ целесообразно применять для обработки колес с широкими зубчатыми венцами, пакета колес или колес с повышенной твердостью, когда необходимо иметь большой период стойкости инструмента в процессе обработки. При диагональном зубофрезеровании экономически оправдано применять длинные и точные червячные фрезы.
Зубофрезерование с переменной осевой подачей основано на увеличении подачи при входе и выходе червячной фрезы из заготовки. Фрезерование зубчатого колеса начинается на максимальной подаче, затем она постепенно уменьшается до постоянной величины. На постоянной подаче станок продолжает работать до начала выхода фрезы из заготовки. В этот момент подача снова автоматически повышается до установленного максимального значения.
Увеличение подачи вызывает увеличение шероховатости поверхности на зубьях, поэтому этот способ применяют для зубчатых колес до т=5 мм под последующие чистовые операции - шевингование или шлифование, а также в случае нарезания зубчатых колес с большим углом наклона линии зуба, где путь врезания достаточно велик. Зубофрезерование с переменной осевой подачей позволяет повысить производительность на 20-35 %.
Сущность метода зубофрезерования за два рабочих хода состоит в том, что первый и второй рабочие ходы осуществляются последовательно, за один установ заготовки (рис. 2, д), причем второй рабочий ход производится при минимальном припуске - глубина резания составляет 0,5-1,0 мм. Первый рабочий ход, как правило, производят на попутной подаче, второй - на встречной. Из-за малого припуска при втором рабочем ходе скорость резания и осевая подача выше, чем при первом.
При зубофрезеровании за два рабочих хода, которое применяют для колес с модулем свыше 4 мм помимо повышения производительности достигается высокая стабильная точность параметров зубьев, особенно по направлению зуба, создаются благоприятные условия для автоматизации процесса зубофрезерования, увеличивается период стойкости инструмента и производительность на последующей операции зубошевингования.
При встречном зубофрезеровании срезаемая стружка имеет форму запятой, в начале ее толщина минимальная, а в конце - максимальная. При этом режущие кромки, особенно когда они затуплены. В начале врезания не режут, а скользят по поверхности, уплотняют ее, сами подвергаются повышенному износу. Условия резания значительно затруднены.
При попутном зубофрезеровании наоборот, толщина стружки в начале резания максимальная, а в конце - минимальная. В этом случае незначительное скольжение в начале резания создает более благоприятные условия резания. Станок менее нагружен и работает более спокойно. Период стойкости инструмента повышается на 10-30 %, достигается хорошая (матовая) поверхность, уменьшаются выхваты на профилях зубьев, возможные при встречном зубофрезеровании, образуется меньше заусенцев на торцах. Особенно эффективно попутное фрезерование при обработке вязких материалов. При обработке чугуна оно не имеет преимуществ. При попутной подаче винт с гайкой для перемещения суппорта с фрезой практически не должен иметь зазора.
Совмещенное зубофрезерование и зубодолбление - новое направление в расширении технологических возможностей зубофрезерных станков. Созданы станки, на которых можно выполнять одновременно зубофрезерование и зубодолбление двух или трех зубчатых венцов, а также только зубофрезерование или зубодолбление наружных или внутренних венцов. Станки изготовлены на базе зубофрезерного станка, зубодолбежная головка установлена вместо задней колонны.
Основные преимущества совмещенного зубофрезерования и зубодолбления: более короткое время изготовления одной детали благодаря одновременной обработке двух-трех зубчатых венцов; для обработки двухвенцового колеса необходим один станок, одно зажимное приспособление, при этом сокращается стоимость оборудования, производственная площадь и т. д.; повышается точность обработки в отношении концентричности обоих зубчатых венцов, так как они нарезаются за одну установку.