Материал: Технология машиностроения. Пачевский В.М

3.5.3. Нарезание внутренней резьбы

Внутреннюю резьбу нарезают в основном метчиками. Помимо метчиков используют также резцы, гребенки и резьбовые фрезы. В зависимости от способа нарезания резьбы метчики разделяют на машинные, применяющиеся при нарезании резьбы на станках, и ручные, или слесарные, применяющиеся при нарезании резьбы вручную с помощью клуппов.

При нарезании машинными метчиками резьба нарезается за один проход одним метчиком. На станках резьбу нарезают, как правило, за один проход и лишь в случаях нарезания длинных резьб или в глухих отверстиях применяют два метчика. Точные резьбы после нарезания на станке проходят калибровочным метчиком вручную или на станке.

Ручными метчиками резьбу нарезают за два или три прохода в зависимости от размера резьбы соответственно различными метчиками, входящими в комплект.

Машинными метчиками резьбу нарезают как в сквозных, так и в глухих отверстиях на резьбонарезных, сверлильных, револьверных станках, токарных автоматах и полуавтоматах.

Глухие отверстия сверлят перед нарезанием на несколько большую глубину (примерно на 3 - 4 нитки), чем требуемая глубина нарезки. Это облегчает нарезание резьбы, обеспечивает полноценность резьбы на требуемой глубине и устраняет возможную поломку метчика.

Необходимым условием при нарезании метчиками резьбы на станке (кроме нарезания подающими метчиками) является быстрое переключение вращения с рабочего хода на обратный (реверсирование), когда метчик достигает положения, обеспечивающего нарезание резьбы на требуемой длине. Для нарезания резьбы в глухих отверстиях станки должны быть снабжены ограничителями рабочего хода с переключением на обратный при достижении метчиком конечного положения. Остановка подачи и вращения метчика может быть осуществлена также с помощью самовыключающихся патронов.

Переключение вращения шпинделя необходимо также и при использовании самовыключающихся патронов, за исключением специальных станков для нарезания гаек.

Для нарезания гаек применяют гайконарезные станки, работающие длинными гаечными метчиками или метчиками, имеющими длинный изогнутый хвостовик.

Резьбу нарезают, применяя смазывающе-охлаждающие жидкости: в стали - осерненное масло (сульфофрезол); в чугуне - керосин, либо всухую.

При нарезании однозаходных и многозаходных нестандартных резьб для чистового нарезания используют резьбовые фасонные резцы.

Основным недостатком фасонных резцов является низкая производительность, так как они не могут производительно работать при значительной толщине стружки и высоких скоростях резания. При обработке этим способом требуется несколько проходов: например, для резьб средних размеров - от 12 до 20 проходов, а для резьб с крупным шагом, трапецеидальных и прямоугольных - до 50 проходов и больше.

Гребенки для нарезания внутренних резьб почти не применяют, так как метчик представляет собой как бы комплект нескольких резьбонарезных гребенок, соединенных вместе, и в то же время он значительно проще в изготовлении, чем гребенка.

Принцип образования наружной резьбы накатыванием заключается в том, что заготовка прокатывается между двумя параллельно расположенными на определенном расстоянии друг от друга призматическими (плоскими) резьбовыми плашками или между цилиндрическими вращающимися роликами (рис. 3.33).

Рис. 3.33. Схемы образования резьбы накатыванием

Этот способ, помимо весьма высокой производительности, имеет еще и то преимущество, что дает несколько более прочную и износостойкую резьбу, чем при обработке режущим резьбовым инструментом, так как материал на нитке резьбы в процессе накатки упрочняется (наклепывается) и, кроме того, волокна металла не перерезаются, а пластически деформируются.

Образование резьбы накатыванием происходит без снятия стружки, благодаря чему создается большая экономия металла, достигающая 25 % и более.

3.6. Обработка зубчатых поверхностей

3.6.1. Виды зубчатых колес, их назначение

и характеристика

В передачах современных машин широко применяют зубчатые колеса, разнообразные по форме, размерам и профилям: от небольших зубчатых колес для приборостроения до зубчатых колес специального профиля для тяжелого машиностроения.

Наиболее распространены цилиндрические зубчатые колеса с прямыми и косыми зубьями.

На рис. 3.34, а изображена зубчатая пара - цилиндрические зубчатые колеса с прямым зубом. Пара цилиндрических зубчатых колес с косым зубом приведена на рис. 3.34, б.

Соединение двух косых зубьев с противоположными углами наклона на ободе цилиндрического колеса представляет собой зубчатую передачу с шевронным (елочным) зубом.

На рис. 3.34, в показана коническая передача для пересекающихся осей, причем угол встречи осей может быть любого значения. Конические колеса могут иметь прямые, косые и криволинейные зубья.

На рис. 3.34, г приведена зубчатая передача со скрещивающимися осями, состоящая из пары зубчатых колес с винтовым зубом.

На рис. 3.34, д представлена еще одна схема передачи со скрещивающимися осями - обычная червячная передача, которая отличается от всех перечисленных выше тем, что один элемент передачи представляет собой винт (червяк), в другой - зубчатое колесо с фасонным зубом, сцепляющимся с витками винта.

На рис. 3.34, е изображена обычная реечная передача, одним элементом которой является зубчатое колесо с прямым или косым зубом, а другим - зубчатая рейка, которую можно себе представить как зубчатое колесо с бесконечно большим числом зубьев. Реечная пара передает движение как от зубчатого колеса к рейке, так и наоборот.

На рис. 3.34, ж приведена схема так называемой волновой передачи, основанная на новом принципе передачи вращательного движения за счет бегущей волновой деформации одного из зубчатых колес.

Выбор метода обработки зубчатых колес находится в прямой зависимости от установленной нормы точности различных их элементов, а также от основных требований передач в эксплуатации в соответствии с их назначением.

Рис. 3.34. Виды зубчатых передач

3.6.2. Основные методы обработки зубьев

цилиндрических и конических колес

Зубонарезание способом копирования можно выполнять: последовательным нарезанием каждого зуба колеса модульной дисковой или пальцевой фрезой на универсальном фрезерном станке, одновременным долблением всех зубьев колеса, одновременным протягиванием всех зубьев колеса, круговым протягиванием.

Способ копирования является неточным и непроизводительным, вследствие чего он применим в единичном и мелкосерийном производствах, за исключением кругового протягивания.

Современным, точным и производительным способом изготовления зубчатых колес является нарезание зубьев по способу обкатки червячной фрезой, круглым долбяком, реечным долбяком (гребенкой), зубострогальными резцами, резцовой головкой, накатыванием зубчатыми валками .

Способ обкатки заключается в том, что зубья на зубчатом колесе образуются при совместном согласованном вращении (обкатке) режущего инструмента и заготовки. Так, при зубофрезеровании прямолинейные боковые режущие кромки зубьев червячной фрезы, имеющие в осевом сечении трапецеидальную форму, поочередно касаются нарезаемого зуба.

Рассматривая на рис. 3.35, г последовательные положения зубьев фрезы (7, 2, 3 и т. д.), видим, что профиль впадины получается постепенно и состоит из множества прямолинейных участков, образованных зубьями фрезы. Эти прямолинейные участки накладываются один на другой и практически образуют не ломаный, а криволинейный (эвольвентный) профиль зуба.

Рис. 3.35. Схемы нарезания зубчатых колес:

а и б - методом копирования; в - методом обкатки;

г - схема образования профиля зуба методом обкатки

Фрезерование зубьев цилиндрических колес и реек дисковыми и пальцевыми модуль­ными фрезами. Фрезерование зубьев колес представляет собой разновидность фасонного фрезерования. Режущие кромки зубьев дисковой и пальцевой фрезы изготовляют по форме впадины между зубьями колеса (рис. 3.35, а, б). В процессе работы фреза переносит («копирует») свой профиль во впадину зубьев, создавая, таким образом, две половины профилей двух соседних зубьев. После нарезания одной впадины заготовка поворачивается на один зуб с помощью делитель­ного механизма, фреза снова врезается и проходит по новой впадине между зубьями.

Такой способ применяют в индивидуальном и мелкосерийном производствах, а также при ремонтных работах, на горизонтально-фрезерных станках с делительными головками.

Для нарезания зубчатых колес крупных модулей (больше 20 мм) способом копирования, особенно шевронных колес, применяют модульные пальцевые фрезы (рис. 3.35, б). На зубчатых рейках зубья нарезают также с помощью дисковых модульных фрез, на длинных рейках - на станках специального назначения, имеющих механизм деления для продольного движения рейки. Фрезеруют одной или двумя (и даже тремя) установленными рядом фрезами. При нескольких одновременно работающих фрезах одна (или соответственно две) из набора дисковых фрез служит для предварительной прорезки, а другая - для окончательного профилирования зубьев.

В современном машиностроении применяют зубодолбежные станки, производительность которых значительно выше, чем при нарезании зубьев на фрезерных станках, описанных выше. Высокая производительность достигается тем, что в работе одновременно участвует столько резцов (долбяков), сколько нужно нарезать зубьев на заготовке, причем резцы имеют форму впадин зубчатого колеса.

Фрезерование зубьев цилиндрических колес червячными фрезами. Способ фрезерования зубьев цилиндрических колес червячными фрезами является одним из наиболее распространенных. Червячная фреза представляет собой червяк, имеющий профиль осевого сечения винтовых ниток в виде зубчатой рейки и продольные канавки, образующие режущие зубья рейки (рис. 3.35, в).

Зубчатая рейка обеспечивает правильное зацепление с эвольвентными колесами любого числа зубьев, поэтому червячная фреза может нарезать колеса с любым числом зубьев (того же модуля и угла зацепления) одинаково точно. В этом заключается одно из больших преимуществ нарезания зубьев колес червячной фрезой.

В процессе нарезания червячная фреза и нарезаемое колесо находятся в состоянии относительного движения зацепления.

При резании червячная фреза вращается и движется поступательно в соответствии с вращением нарезаемого зубчатого колеса (рис. 3.36). Ось червячной фрезы 1 устанавливается под углом к плоскости торца нарезаемого колеса 2, равным углу подъема нитки фрезы на ее делительном цилиндре. Червячная фреза, кроме вращения, имеет еще и поступательное движение подачи вдоль образую­щей боковой цилиндрической поверхности нарезаемого колена. Процесс резания при этом происходит непрерывно и в нем участвует одновременно несколько режущих зубьев фрезы, благодаря чему этот способ нарезания зубьев является одним из наиболее производительных.

Рис. 3.36. Схема нарезания зубчатого колеса червячной фрезой

Червячными фрезами нарезают как прямые, так и косые зубья цилиндрических колес. В последнем случае ось фрезы устанавливают под углом к торцу нарезаемого колеса, равным сумме углов подъема винтовой нитки фрезы и винтовой нитки (углов наклона зуба) нарезаемого колеса (при разных направлениях винтовых линий фрезы и колеса) и разности этих углов, если направления винтовых линий фрезы и нарезаемого колеса одинаковы.

Нарезание зубьев цилиндрических колес долбяком. Способ нарезания цилиндрического зубчатого колеса методом обкатки с помощью круглого долбяка заключается в том, что в процессе обработки колеса воспроизводится зубчатое зацепление двух цилиндрических колес, одно из которых является режущим инструментом, а другое - заготовкой.

Для обработки колеса необходимо (рис. 3.37), чтобы одно из колес 1 или 2 зубчатой пары (на практике - долбяк 1) совершало при обкатке возвратно-поступательное движение, в результате чего на заготовке образуются зубья.

Рис. 3.37. Схема обкатки зубчатой пары при зубодолблении

Зубчатая пара, установленная на станке, взаимно кинематически связана и в процессе обкатки воспроизводит зубчатое зацепление. Колесо 1 служит режущим инструментом (долбяком) и одновременно производит вертикальное возвратно-поступательное движение, последовательно срезая зубьями материал заготовки 2. Долбяк представляет собой зубчатое колесо, на торце которого заточкой образованы режущие кромки.

Зубонарезание прямозубых конических колес. Для обработки конических зубчатых колес применяют зубострогальные станки, работающие по методу обкатки одновременно двумя резцами.

Нарезание конических зубчатых колес с криволинейными зубьями. Конические зубчатые колеса с прямыми зубьями вследствие несовершенства конструкции не отвечают повышенным требованиям быстроходных передач на современных машинах (наблюдаются шум, неплавность работы, низкий к. п. д.).

Рекомендуемые варианты нарезания цилиндрических и конических зубчатых колес представлены в табл. 3.2 и 3.3.

В табл. 3.2 и 3.3 приведены технологические варианты наре­зания зубьев цилиндрических и конических колес, применяемых на заводах крупносерийного и массового производств. Эти варианты обеспечивают высокую точность и производительность труда. Естественно, что производственные условия могут в отдельных случаях вызвать отступление от этих рекомендаций, однако такие отступления должны быть только частными случаями.

Таблица 3.2

Технологические варианты нарезания цилиндрических

колес с прямым и косым зубом