Зубообрабатывающие станки: фрезерные, долбёжные и шлифовальные

Зубчатое колесо выглядит просто, пока не встанет вопрос, как нарезать на колесе десятки одинаковых зубьев, выдержав профиль и шаг в пределах сотых долей миллиметра. Для этой задачи существует отдельный класс оборудования. Разберемся, чем отличаются зубофрезерные, зубодолбежные и зубошлифовальные машины, как настраивается гитара деления и что дает числовое управление на финишных операциях.

Назначение и классификация зубообрабатывающих станков

Зубообрабатывающее оборудование предназначено для формирования зубьев на заготовке: колесах, валах-шестернях, червяках, рейках. Один станок редко закрывает весь цикл обработки колеса. Черновое нарезание, чистовую обработку и финишную доводку обычно делят между разными типами машин, и каждый тип решает свою часть задачи.

Классифицируют оборудование по методу работы. Зубофрезерные модели снимают металл червячной фрезой по методу обкатки. Зубодолбежные режут долбяком, что удобно для внутренних венцов и близко расположенных колес. Зубошлифовальные доводят закаленные зубья колеса абразивом до высокой точности. Отдельно стоят зубострогальные и зубопритирочные машины, но основную долю производства держат первые три группы.

Зубофрезерные станки: устройство и для чего применяются

Зубофрезерный станок остается самым распространенным типом в цехах массового и серийного выпуска. Его основа: станина, стойка, суппорт с фрезерным шпинделем и стол с заготовкой. Инструмент и заготовка вращаются согласованно, будто червяк и колесо в зацеплении. Начинающие мастера часто спрашивают, зубофрезерный станок для чего нужен в первую очередь, и ответ прост: это черновое и чистовое нарезание цилиндрических колес с прямым и косозубым венцом.

Принцип обкатки червячной фрезой

Метод обкатки воспроизводит зацепление червячной пары. Червячная фреза играет роль червяка, а нарезаемое колесо повторяет движение сопряженной шестерни. За один проход инструмент последовательно формирует профиль каждого зуба, поэтому отдельная операция деления не нужна: колесо доворачивается автоматически. Так получают эвольвентный профиль, пригодный и для прямозубых, и для косозубых передач. Чем точнее согласованы обороты, тем ровнее получается зубчатый венец колеса.

Как рассчитать гитару дифференциала зубофрезерного станка

Гитара представляет собой сменный набор зубчатых колес, который задает передаточное отношение между шпинделем фрезы и столом. Чтобы рассчитать гитару деления, число зубьев колеса раскладывают на множители и подбирают пары сменных шестерен из комплекта. Для косозубых колес добавляется гитара дифференциала: она вносит поправку на осевое смещение фрезы вдоль винтовой линии. Передаточное отношение гитары дифференциала вычисляют по зависимости i = c · sinβ / (m · z). Здесь β обозначает угол наклона зуба, m модуль, z число зубьев колеса, а c постоянную станка из паспорта, которая учитывает шаг ходового винта и передачи привода стола. На практике расчет ведут по таблицам из паспорта, а результат проверяют пробным проходом. Тем, кто только осваивает наладку, полезно рассчитывать передачи вручную хотя бы первое время, чтобы понимать логику подбора сменных колес.

Что можно изготовить на зубофрезерном станке

Номенклатура широка. На зубофрезерном оборудовании нарезают детали и колеса, которые встречаются почти в любом механизме:

• цилиндрические колеса с прямым и косым зубом;
• червяки и червячные колеса;
• шлицевые валы и звездочки цепных передач;
• блоки шестерен для коробок передач;
• рейки и секторы малого модуля.

Ограничение в основном по модулю и диаметру, которые задает конкретная модель. Крупные колеса требуют тяжелых станков с большим ходом стола, мелкие детали приборного класса делают на компактных моделях. За счет этого один метод обкатки покрывает и мелкую механику, и тяжелое машиностроение.

Зубодолбежные станки: особенности обработки

Там, где фреза не подходит, работает долбяк. Зубодолбежный станок режет зубья колеса возвратно-поступательным движением инструмента, похожего на шестерню с заточенными торцами. Долбяк совершает рабочий и холостой ход, а колесо и инструмент медленно обкатываются друг по другу.

Главное преимущество метода состоит в доступе к участкам, куда червячную фрезу не завести. Это внутренние венцы, блоки колес с близким расположением, зубчатые секторы у буртика. Долблением нарезают и прямозубые, и косозубые колеса, хотя для косых нужна винтовая направляющая. Точность обычно сопоставима с фрезерованием, а вот по производительности долбление заметно уступает обкатке червячной фрезой: холостой ход долбяка не режет, и на длинных сериях это ощутимо. Настройка деления задается сменными колесами, как и на зубофрезерных моделях.

Зубошлифовальные станки и работа на ЧПУ

После закалки зубья ведет, и мягкие методы уже не берут твердую поверхность. Здесь вступает зубошлифовальный станок: он снимает с колеса припуск абразивным кругом и выводит профиль до высокой точности. Современная работа на таком оборудовании почти всегда связана с числовым управлением.

Методы зубошлифования

Применяют два основных подхода. Профильное шлифование копирует форму впадины фасонным кругом и обрабатывает зуб за зубом. Обкатное шлифование, наоборот, воспроизводит зацепление: тарельчатые круги или червячный круг обкатывают колесо, как при фрезеровании. Профильный метод точнее по геометрии отдельного зуба, обкатной быстрее на массовых партиях. Выбор зависит от модуля, требуемой степени точности и объема серии.

Как работать на зубошлифовальном станке с ЧПУ

Порядок действий на станке с ЧПУ сводится к нескольким шагам. Сначала колесо базируют на оправке и выверяют биение. Затем в систему вводят параметры: модуль, число зубьев, угол наклона, припуск под шлифование. Стойка ЧПУ сама пересчитывает траекторию круга, так что классическую гитару деления заменяет программа.

Дальше задают правку круга и число проходов, запускают пробный цикл и замеряют профиль колеса на контрольном приборе. Чтобы работать без брака, оператор следит за температурой зоны резания и вовремя правит абразив: перегрев дает прижоги и уводит размер. Настройка занимает больше времени, чем сама обработка, зато после отладки станок повторяет цикл стабильно от детали к детали.

Как выбрать зубообрабатывающее оборудование

Выбор начинается не с бренда, а с детали. Определите модуль, диаметр колеса, тип венца и требуемую степень точности, а затем подбирайте станок под эти цифры. Для крупносерийного производства логична связка: черновое зубофрезерование, затем зубошлифование закаленных колес. Единичные и ремонтные заказы нередко закрывает один универсальный станок.

При сравнении моделей стоит смотреть на несколько параметров:

• наибольший модуль и диаметр обрабатываемого колеса;
• наличие и разрядность системы ЧПУ;
• степень точности по ГОСТ 1643-81 для цилиндрических передач и повторяемость от детали к детали;
• набор сменных колес для гитары и оснастки;
• доступность инструмента: фрез, долбяков, кругов.

Отдельно оценивают сервис и запас по мощности: работать на пределе паспортных значений невыгодно, ресурс узлов падает быстрее. Разумно заложить небольшой запас по модулю и диаметру на перспективные заказы. Тогда оборудование прослужит дольше, а расчет окупаемости окажется ближе к реальности, чем при покупке впритык под текущую номенклатуру, которую заказчик почти всегда со временем расширяет.