Зубодолбление по методу обкатывания осуществляется долбяком, представляющим собой режущее зубчатое колесо с эвольвентным профилем зубьев, на зубодолбежных станках. В процессе нарезания долбяк и нарезаемое зубчатое колесо находятся в относительном движении. Зубодолбление является единственным методом нарезания колес с внутренним зацеплением с закрытым выходом инструмента. Чистовое долбление зубьев обеспечивает 6–8-ю степени точности, среднеарифметическое отклонение профиля микронеровностей Ra 5,0–0,63 мкм.

Зубонарезание червячными фрезами обкатыванием осуществляется посредством червячных фрез на универсальных зубофрезерных станках с вертикальной или горизонтальной осями вращения фрезы. Метод обладает высокой производительностью. Фреза на станке устанавливается под углом подъема винтовой линии фрезы. Червячная фреза вращается и совершает перемещение вдоль образующей зуба.

Зубострогание по методу обкатывания основано на кинематическом зацеплении колеса и инструмента-рейки. Зубострогание обладает меньшей производительностью, чем зубофрезерование червячной фрезой и зубодолбление.

Зуботочение по методу обкатывания применяется для изготовления валов и венцов червячных передач и основано на воспроизводящем зацеплении пары винтовых колес на скрещенных осях. В качестве многорезцового инструмента применяют цилиндрическое режущее колесо. Производительность зуботочения в 2–4 раза выше производительности зубофрезерования однозаходной фрезой.

Шлифование методом копирования и обкатки применяется для отделочной обработки зубьев закаленных зубчатых колес, выполняется профилированными кругами. Шлифование по методу обкатки осуществляется за счет кинематического сопряжения пары инструмент — зубчатое колесо. Инструмент состоит из шлифовальных тарельчатых кругов, которые совершают вращательное движение и движение обкатки, заготовка совершает возвратно-поступательное движение. Движение обкатки состоит из вращения заготовки вокруг своей оси и поступательного движения ее вдоль инструмента. Шлифование двумя дисковыми и червячным кругами обеспечивает 5-ю степень точности и шероховатость зуба Rа< 0,32 мкм.

Зубоотделка осуществляется методом копирования и обкатывания и включает в себя шевингование; хонингование; притирку; полирование; закругление.

Шевингование представляет чистовую финишную обработку зубьев незакаленных цилиндрических зубчатых колес наружного и внутреннего зацепления твердостью не более 40 и осуществляется инструментом — шевером на шевинговальных станках. Шевер имеет форму зубчатого колеса или зубчатой рейки. Шевингование повышает точность зубчатых колес на одну — две степени точности.

Хонингование применяется для чистовой отделки зубьев закаленных цилиндрических зубчатых колес абразивным инструментом — хоном на зубохонинговальных станках. Частота вращения хона 180–200 , скорость подачи стола 180–210 мм/мин, время хонингования 30–60 с.

Обкатка применяется для повышения кинематической точности, плавности хода, полноты контакта зубьев, обеспечения требуемого сопряжения закаленных цилиндрических зубчатых колес внешнего и внутреннего зацепления за счет кинематического зацепления с эталонным колесом.

Таблица 6

Экономическая точность и шероховатость поверхностей зубьев при обработке методом копирования

Притирка применяется для повышения точности закаленных цилиндрических зубчатых колес за счет преднамеренного управляемого нормированного изнашивания рабочей поверхности зубьев при кинематическом сопряжении их с притирами с применением абразивной пасты.

Приработка применяется для повышения комплексных показателей кинематической точности, плавности хода, полноты контакта зубьев, вида сопряжения рабочей пары зубчатых колес без применения притирки.

Закругление зубьев и снятие фасок на торцовых поверхностях зубьев зубчатых колес и передвижных шестерен коробок скоростей производится конусной и дисковой фасонными фрезами, щетками и червячными фрезами с насечками, шлифовальными кругами на универсально-фрезерных, шлифовальных станках. При невысокой степени точности применяется закругление щетками.

Комплексный контроль зубчатых колес осуществляется для измерения кинематической точности, плавности хода, полноты контакта зубьев и бокового зазора [12], является интегральной оценкой точности зубчатой передачи, зависит от погрешностей механической обработки сопрягаемых поверхностей.

Дифференцированный контроль осуществляется для измерения размерных параметров профиля зуба, диаметров, шага, межцентрового расстояния [1, 2] и др.

Выбор методов обработки. Методы обработки поверхностей заготовок выбираются в зависимости от требований чертежа и состояния поверхностей заготовок; норм точности размеров, формы и расположения поверхностей; шероховатости и волнистости, качества поверхностного слоя; свойств материала; гарантированной точности метода обработки.

Выбор методов обработки осуществляется по справочным таблицам [2], где приводятся данные о гарантированной точности различных методов обработки. При этом необходимо стремиться к минимальному числу переходов; наибольшему числу поверхностей, обрабатываемых одним инструментом, концентрации операций, сокращению длительности цикла обработки.

При одинаковых табличных показателях точности различных методов обработки выбираются экономически более эффективный метод обработки.

4. Последовательность обработки поверхностей

При выборе последовательности обработки поверхностей руководствуются следующими соображениями. Обеспечения требований чертежа и последовательного повышения точности и улучшения. При этом необходимо стремиться к минимальному числу переходов; наибольшему числу поверхностей, обрабатываемых одним инструментом, концентрации операций, сокращению длительности цикла обработки. При одинаковых табличных показателях точности различных методов обработки выбираются экономически более эффективный метод обработки. Обработка поверхностей заготовки осуществляется в следующей последовательности. В первую очередь обрабатываются черновые и основные технологические базы, относительно которых можно обработать как можно большее количество поверхностей. При этом возможна многократная обработка базовых поверхностей. Например, после термической обработки перед финишной обработкой, когда в центровых отверстиях могут образуется окалина, что повышает погрешность базирования. Далее, выполняется формообразующая черновая обработка поверхностей по 11-11 квалитетам точности и грубее (если их требуется обработать) в несколько переходов в связи с переменным припуском заготовки. После этого выполняется (при необходимости) термическая обработка для снятия остаточных напряжений и стабилизации размеров (отжиг, отпуск и др.). Затем выполняются операции чистовой обработки поверхностей, который имеют требования к точности по 8-10 квалитетам точности и более точные (по требованиям чертежа). Поверхности по 8-10 квалитетам точности обрабатываются в несколько проходов окончательно, а более точные поверхности обрабатываются предварительно. Чистовая обработка деталей с высокими требованиями может несколько раз чередоваться с термообработкой с целью стабилизации размеров. К таким деталям относятся корпуса гидроклапанов, плунжерных насосов, стволов оружия и другие детали высокой точности и невысокой жесткости. После чистовой обработки осуществляется обработка локальных поверхностей: точение пазов; сверление отверстий; нарезание резьб; фрезерование шпоночных пазов, шлицев, нарезание зубьев. При необходимости на разных этапах обработки выполняются термообработка, слесарные операции. Мелкие выточки для выхода шлифовального круга, выбега резцов при нарезании резьб, фаски и др. обрабатываются совместно с прилегающими поверхностями при черновой и чистовой обработке. Перед финишной обработкой выполняется упрочняющая термическая или химико-термическая обработка всей детали или отдельных ее поверхностей в соответствии с требованиями чертежа. Финишная обработка выполняется последней и включает в себя чистовое и тонкое шлифование поверхностей по 7-6 и 5 квалитетам точности с шероховатостью Ra=3,2-0,2 мкм и Ra=1,6-0,1 мкм. Финишная обработка выполняется как правило абразивным инструментом различного профиля, в зависимости от формы шлифуемых поверхностей. Иногда для скоростного точения применяются лезвийные инструменты с пластинами из минерало-керамических материалов и лмазных инструментов.

При наличии в чертеже требованиях к качеству поверхностного слоя выполняются притирка, алмазное выглаживание, поверхностное упрочнение [8], гальванопокрытия и другие виды обработки. Определяется количество установов и позиций, необходимых для полной обработки поверхностей, т.е. в первом приближении определяется состав операций.

В заключении, для повышения усталостной прочности и надежности тяжело нагруженных деталей, применяется упрочнение поверхностным пластическим деформированием. Например, алмазным выглаживанием или шариковой обкаткой, импульсно-силовое упрочнение бойком. Для деталей сложной формы – применяется виброударное упрочнение.

Определенные на этапе проектирования маршрутной технологии методы и последовательность обработки поверхностей могут быть изменены при необходимости в операционной технологии после выбора оборудования в зависимости от количества и состава инструмента,

5. Численное формирование состава переходов и операций

Ранее мы определили методы конечных методов обработки поверхностей, обеспечивающие требования чертежа и последовательность их применения. Выбранные конечные методы обработки в большинстве случаев не позволяют получить требуемую точность и производительность, качество поверхностного слоя за один переход без промежуточных методов обработки (без промежуточных переходов). Необходимость разделения процесса обработки, в частности операций, на черновые, чистовые и отделочные (финишные). Это необходимо сделать по следующими причинами. При черновой обработке осуществляется удаление наиболее напряженных слоев со значительной силовой деформацией элементов технологической системы и выделением тепла, происходит износом инструмента. Это вызывает деформацию заготовки, снижает точность обработки, повышает шероховатость, формирует неблагоприятные показатели качества поверхностного слоя. Чистовая и затем отделочная обработка позволяют последовательно обрабатывать поверхности с оптимальными припусками, экономически целесообразными методами, сохранить длительное время работоспособность дорогостоящего оборудования и инструмента. Необходимость формирования оптимального состава переходов в операциях связана с тем, что при необоснованно малых припусках может возникать несплошность обработки, а при неоправданно больших припусках обработка ведется с большим количеством проходов или с глубиной резания. Это приводит к повышению погрешности и увеличению основного времени обработки, а в конечном итоге к возрастанию трудоемкости и себестоимости производства.

Численное формирование состава переходов осуществляется исходя из трех основных факторов ; операционного допуска на предшествующий переход экономически обоснованного припуска на текущий переход ; состояние поверхности заготовки; требования чертежа к соответствующей поверхности по точности, шероховатости, отклонениям формы и расположения поверхности, качеству поверхностного слоя. Промежуточные переходы в технологической операции выбираются из условия

(1)

Здесь - операционный допуск на предшествующий переход; - экономически обоснованный припуск на последней переход. Нормативные значения припусков для различных видов обработки представлены в [5] и др. Экономически обоснованный припуск можно определить аналитически

(2)

где - количество ходов в переходе;

- глубина обработки.

При круглом шлифовании для JT = 8-9 квалитетов точности и шероховатости Ra=3,2 мкм, =3-4, = 0,25-0,5 (меньшие значения соответствуют чистовому шлифованию и меньшему диаметру детали); для JT=6-7 шероховатости Ra = 0,8-1,25 мкм, =1-2, = 0,1-0,2 мм. При точении = 1, =0,5-2,15 мм [7,с.271].

6. Примеры численного формирования состава переходов и операций

Пример 1. Рассмотрим пример окончательной обработки гладкой наружной цилиндрической поверхности 20f5(-0,020-0,029) длиной 30 мм стального ступенчатого вала с шероховатостью Ra 0,32 мкм, твердостью HRC 42-46. Исходная заготовка – стальной прокат, выполнена по JT12 с предельными отклонениями 125 мкм [5, с.180], толщиной дефектного слоя 150 мкм. Критерием выбора конечного метода обработки поверхности 20f5 является указанная на чертеже информация: размеры и предельные отклонения, допуск, шероховатость и твердость. Заданная по чертежу шероховатость Ra 0,32 достигается на круглошлифовальных станках класса П - повышенный (гарантированная шероховатость Ra 0,32) и В - высокий (Ra 0,16). Однако технологический допуск при тонком шлифовании, выполняемом на этих станках, составляет =(13-9) мкм и несколько превышает конструкторский допуск = 9 мкм [2, с. 9]. Поэтому тонкое шлифование не обеспечивает требования чертежа по точности. Выберем в качестве окончательной обработки поверхности детали суперфиниширование, которое обеспечивает операционный допуск = 9-6 мкм и шероховатость Ra 0,8-0,1 мкм [5, с. 9]

Примем для суперфиниширования расчетное значение допуска = 9 мкм, а припуск при Ra 0,32 мкм =8-12 мкм [2]. Заметим, что шероховатость на предшествующем переходе перед суперфинишированием должна обеспечивать Ra 0,63-2,5 мкм.

Используя зависимости (1) определим:

Этому условию удовлетворяют тонкое шлифование, обеспечивающее =9-12 мкм и Ra 0,1-1,6 мкм [2, c.9]. Для тонкого шлифования =2-3, =5-15 мкм [7, c.301]. Тогда =30-40 мкм. Примем =50 мкм.

Определяем вид обработки для i-2 перехода. Согласно (13.1) определим:

Этому условию удовлетворяет чистовое шлифование, которое обеспечивает = 13-21 мкм и Ra 0,2-3,2 мкм [2, c.9].

Глубина резания при чистовом шлифовании =0,1-0,4 =3-4.

Тогда:

Примем =100 мкм.

Определим вид обработки для i-3 перехода. Используя зависимость (10.1) определим:

Примем =60 мкм. Этому значению допуска удовлетворяет предварительное шлифование и чистовое точение, обеспечивающее =52 мкм и шероховатость Ra 0,4-6,3 мкм [2, c. 8,9]. Использование чистового обтачивания целесообразнее, так как при одном и том же допуске оно позволяет вести обработку с более значительными припусками. Для чистового обтачивания =4 и =0,4-0,6 мм. Тогда =240 мкм.