Обработка червяков на токарных станке с ЧПУ

Червячная передача, состоящая из червячного колеса и цилиндрического червяка, относится к передачам со скрещивающимися осями, расположенными под углом 90º. Червячные передачи широко применяют в делительных механизмах зуборезных станков, подъемных механизмах, приборах, в которых требуется плавная, бесшумная работа и высокая равномерность вращения. По сравнению с другими видами передач, червячные передачи могут передавать крутящие моменты с большим передаточным числом при небольших габаритах. Линейный контакт между зубьями, относительно большое число зубьев, находящихся одновременно в зацеплении, позволяют им передавать большую нагрузку. Высокий коэффициент скольжения при зацеплении зубьев обеспечивает передаче бесшумную и плавную работу. Точно изготовленная червячная передача имеет высокую равномерность вращения. К недостаткам червячной передачи относятся: высокая затрата мощности на преодоление трения в зацеплении, достаточно высокий нагрев, быстрый износ зубьев, сравнительно низкий КПД (50 — 90%). Чем меньше угол подъема витка червяка и хуже качество поверхности на профилях зубьев, тем больше потери мощности. Для уменьшения потери мощности необходимо выбирать соответствующий материал для изготовления червяков и червячных колес, использовать определенный смазочный материал; поверхность профиля зубьев должна быть гладкой. У малонагруженных червячных передач червяк обычно изготовляют из улучшенной стали, а колесо из чугуна. У нагруженных и ответственных передач червяки изготовляют закаленными из цементуемых сталей, а колесо из бронзы. Особое внимание уделяют точности изготовления зубчатого зацепления червячной передачи. Высокая точность червячного колеса достигается при нарезании зубьев на станке с высокой кинематической точностью и отсутствием зазоров в кинематической цепи. Для облегчения правильного зацепления червячной передачи необходимо соблюдать следующее правило: червяк и червячное колесо должны иметь одинаковую форму профиля. Внешний диаметр червячной фрезы должен быть больше диаметра червяка на удвоенный радиальный зазор, а толщина зуба фрезы больше, чем у червяка, на боковой зазор в передаче. При фрезеровании за два хода черновая фреза должна иметь большую по сравнению с чистовой фрезой высоту головки, а чистовая фреза — большую чем у черновой фрезы, толщину зуба. Для фрезерования зубьев червячных колес, которые сопряжены с многозаходными червяками, применяют многозаходные фрезы. При нарезании многозаходными фрезами число зубьев обрабатываемого колеса и число заходов фрезы не должны иметь общих множителей.

Изготовление  цилиндрических червяков. В цилиндрических червячных передачах червяки разделяют на следующие основные виды (ГОСТ 18498-73): архимедовы (ZA), имеющие прямолинейный профиль в осевом сечении и архимедову спираль в торцовом;конвалютные (ZN), имеющие прямой профиль в нормальном к витку сечению и удлиненную эвольвенту в торцовом сечении; эвольвентные (ZI), имеющие криволинейный профиль в нормальном сечении, эвольвентный в торцовом и прямолинейный в сечении плоскостью, касательной к основному цилиндру. В единичном производстве червяки с формами боковых поверхностей ZA, ZN, ZI как предварительно, так и окончательно могут быть изготовлены на токарном станке. Архимедовы червяки (ZA) нарезают резцами с прямолинейными режущими кромками, установленными в осевом сечении червяка (рис. 216,а). Обе стороны витка одновременно обрабатывают при черновом нарезании и раздельно каждую сторону при чистовом. По этой же технологии обрабатывают конвалютные червяки, с той разницей, что резцы с прямолинейными кромками для червяка ZN1 устанавливают в нормальном сечении витка (рис. 216, б), а для червяка ZN2— в нормальном сечении впадины (рис. 216, в). При обработке эвольвентных червяков ZI важное значение имеет установка токарных резцов. Чистовое нарезание эвольвентного червяка выполняют двумя резцами: один резец — для обработки правой, другой — для обработки левой стороны витка. Резцы, имеющие прямолинейные режущие кромки, устанавливают один выше, другой ниже оси червяка, в плоскостях, касательных к основному цилиндру червяка (рис. 216, г).

В серийном производстве используют более эффективные методы. Обработка ведется на резьбофрезерных и специально-фрезерных станках дисковыми или пальцевыми фрезами, профиль которых определяют для каждого конкретного типа червяка. Возможно также точение витков червяков (типа ZA и Z1) на зубофрезерныхстанках долбяком. Многозаходные эвольвентные червяки нарезают методом обкатки назубофрезерных станках червячными фрезами. В крупносерийном и массовом производстве широко применяют вихревой метод обработки червяков в специальном приспособлении, установленном на резьбофрезерном станке. Этот метод обладает большой производительностью. Подобно изготовлению резьбы, червяки небольших размеров, с малым углом подъема витка и небольшой глубиной профиля накатывают в холодном состоянии без снятия стружки.

У термически обработанных архимедовых, кон валютных и эвольвентных червяков окончательную обработку профиля витка осуществляют на специальныхрезьбошлифовальных станках или станках для шлифования червяков. Для повышения производительности шлифование осуществляют дисковыми шлифовальными кругами большого диаметра на скорости резания 40 — 45 м/с. Шлифовальный круг правят соответственно профилю червяка и наклоняют его (рис. 216, д) на делительный угол подъема витка. Оба профиля шлифовального круга правят алмазами по шаблону, которые изготовляют по заданным координатам на профильно-шлифовальных станках. Профиль шлифовального круга соответствует шлифуемому профилю червяка в осевом сечении. При изготовлении червяков высокой точности необходимо использовать контрольно-измерительные приборы соответствующей точности. Окончательное шлифование осуществляют в термоконстантных помещениях. Соседние станки устанавливают на достаточном удалении от шлифовального, чтобы уменьшить влияние вибрации, нагрева и т. д. На современных станках, имеющих короткую кинематическую цепь, установлены механизмы устранения зазоров во время изменения направления вращения, что позволяет проводить шлифование в обоих направлениях: при движении в одном направлении шлифуют одну сторону профиля, а при обратном — противоположную. Припуски на обработку профиля червяков приведены в табл. 40.

Контроль червячных передач  можно разделить на три этапа: раздельный контроль колеса и червяка после их окончательной обработки, контроль комплекта (пары) колеса и червяка перед сборкой, контроль червячной передачи в собранном агрегате. У червячного колеса контролируют; погрешность шага я накопленную погрешность шага, толщину зуба, форму и расположение пятна контакта в паре с червяком, кинематическую точность на приборе в однопрофильном зацеплении с сопряженным червяком или со специальным эталоном для передач высокой точности и комплексную погрешность в двухпрофильном зацеплении для передач невысокой точности. Погрешность окружного шага червячного колеса чаще определяют специальным прибором непосредственно на зуборезном станке в процессе нарезания зубьев, Во время медленного вращения стола станка с обрабатываемым червячным колесом два измерительных штифта прибора последовательно вводятся в соседние впадины зуба на полный оборот колеса. Результаты измерения автоматически вычисляются и записываются; на одном графике — погрешность шага от зуба к зубу, на другом — накопленная погрешность. Например, показатели точности червячного колеса (d_e = 250 мм: m = 3 мм) для зуборезного станка: погрешность шага 2 мкм, накопленная погрешность 10 мкм. Контроль погрешности шага и накопленной погрешности выполняют также на специальных приборах вне станка. У червяка контролируют: форму профиля, погрешность угла подъема витка, шаг между витками, толщину зуба, радиальное биение, Основные параметры контролируют на приборе для контроля червячных фрез. Ряд параметров можно контролировать на эвольвентомере, шагомере и т. д. Перед сборкой у червячного колеса и сопряженного червяка в паре контролируют форму и расположение пятна контакта на зубьях колеса и кинематическую точность. Первый параметр определяет качество зацепления, второй — точность изготовления червячной передачи. Пятно контакта и кинематическую точность червячной передачи в однопрофильном зацеплении проверяют на специальном контрольном приборе с электронным и записывающим устройствами при номинальном межосевом расстоянии. Перед контролем пятна контакта зубья колеса покрывают тонким слоем краски (суриком с маслом), затем при легком торможении передачу вращают в обоих направлениях. Пятно контакта, характеризующее правильность зацепления, должно располагаться в средней части ширины зубчатого венца без выхода на головку, ножку и концы зубьев (см. рис. 215, г). Для высоконатруженных передач длина пятна контакта равна примерно половине ширины зубчатого венца колеса. У скоростных передач больших ограничений в размере пятна контакта не делают, чтобы не вызвать повышения уровня звукового давления вследствие уменьшения коэффициента перекрытия. При изготовлении точных червячных передач особое значение приобретает контроль кинематической точности в однопрофильном зацеплении, Этот метод позволяет сравнивать точность и равномерность вращательного движения контролируемой передачи с точностью и равномерностью почти идеальной исходной передачи. Измерение осуществляют с помощью двух электронных устройств: одно устанавливают на шпинделе червячного колеса, другое — на шпинделе червяка. Сравнение проводят с предварительно установленным передаточным числом. Отклонения регистрируются на графике, по которому можно определить погрешности отдельных параметров зубчатого зацепления. Контроль кинематической точности червячной передачи в сочетании с проверкой пятна контакта позволяют выявить погрешности зубчатого зацепления и иметь представление о характеристике червячной передачи в рабочих условиях. На приборе можно контролировать боковой зазор в червячной передаче и погрешности межосевого угла. Сборка является наиболее ответственной операцией, которая в значительной степени определяет работоспособность червячной передачи в собранном агрегате. При сборке высоконагруженных червячных передач главное внимание уделяют форме и расположению пятна контакта. Контакт проверяют после определенного периода прикатки, он должен быть таким же, как при обкатке червячной передачи на контрольном приборе перед сборкой. На этом этапе пятно контакта зависит не только от качества изготовления передачи, но и от правильности сборки передачи в корпусе и точности изготовления деталей агрегата. При сборке прежде всего нужно следить за соблюдением расстояния между осями, так как изменение межосевого расстояния существенно влияет на расположение пятна контакта. При выходе пятна контакта на кромки зубьев уменьшаются основные преимущества червячной передачи в отношении предельно допустимой нагрузки, плавности хода и равномерности вращения. Если пятно контакта расположено на одном конце обеих сторон зуба, — колесо неправильно расположено относительно оси червяка. Если пятно контакта расположено на противоположных концах зуба (см. рис. 215, д), причиной может быть неправильное межосевое расстояние или неправильный угол между осями колеса и червяка. Прецизионные станки для нарезания червячных колес, шлифования червяков и контрольно-измерительные приборы устанавливают в специальных термоконстантных помещениях с постоянной температурой воздуха 20ºС (±0,5°C), влажность воздуха 54-58%.

 

 

Жесткость технологической системы :

Силы  резания:

 

P – шаг резьбы

i-число рабочих ходов (обрабатываемый материал, шаг резьбы, материал инструмента) i=5…18 (в зависимости от шага)

Kp-коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала

 

Cp=148;      Y=1,7;     U=0,71

 

 

 

 

Cp=173;   x=0,73;   y=0,64

 

 

 

 

 

;     x=1,05;           y=0,2;       n=-0,4

 

 

 

 

 

Момент  инерции поперечного сечения  червяка:

, 

Где D – диаметр гребня червяка, м;

i-отношение диаметров червяка

 

 – диаметр тела червяка, м

 

Момент  инерции вала круглого поперечного  сечения:

 

Тогда прогиб червяка в  точке приложения силы Py (точка, в которой находится резец) можно найти по формуле:

;