Зъбонарезни и резбонарезни инструменти

Част I. Особености на зъбообработващите инструменти

  В практиката обработването на метали чрез рязане е сред широко използваните методи, което определя и разнообразието от приложими режещи инструменти. Изборът на подходящ по конструкция и материал инструмент и подходящ режим на рязане определя ефективността на работата на инструмента и качеството на обработвания детайл.

Зъбонарезни инструменти
Едни от най-разпространените детайли в машиностроенето се явяват зъбните колела, използвани за предаване на въртенето между успоредни, пресичащи се и кръстосани оси с помощта на различни по конструкция зъбни предавки. Производството на зъбни колела е трудоемък процес, свързан с използването на скъпоструващи зъбонарезни инструменти. В зависимост от конструкцията на зъбните колела, формата на зъбите, изискванията по отношение на точност, чистота на повърхността, обема на производството се използват различни зъбонарезни инструменти и методи на обработка. От вида на използвания зъбообработващ инструмент до голяма степен зависи правилната форма на зъба, което в най-голяма степен оказва влияние върху качеството на зъбната предавка по отношение на плавност и точност на работа и осъществяването на добър контакт между зъбите.

Сред основните операции при обработването на зъбните колела е оформянето на профила на зъба. Използват се основно два метода – методът на центроидното обхождане (отъркалване) и методът на копирането.

Към инструментите, използвани за обработка на зъбните колела по метода на копирането, се причисляват палцовите и дисковите фрези, зъбодълбачните глави, едновременно нарязващи всички зъби на колелото и други. Методът на обхождането имитира зацепването на зъбна двойка. Този метод обикновено включва използването на зъбофрезоване с червячна модулна фреза и нарязване със зъбодълбачно колело. Сред използваните инструменти са и зъбонарезните гребени и други.

Зъбофрезоването с червячна фреза е широко използван метод за нарязване на зъби на цилиндрични зъбни колела с прави и наклонени зъби с външно зацепване. Използват се както обикновени червячни фрези, така и пълнопрофилни. При обработката на зъбните колела с червячни фрези заготовката се върти в кръг около оста си и едновременно с това се наблюдава и въртене на инструмента в кръг около оста му. Освен въртеливо, фрезата извършва и постъпателно движение по оста на заготовката.

Червячни фрези
Червячните модулни фрези представляват профилиран по съответен начин червяк с режещи зъби. Те обикновено се класифицират в зависимост от вида на обработването, броя на ходовете, направлението на навивките и конструкцията. Съответно, в зависимост от вида на обработването те биват фрези за грубо, чисто и прецизно обработване. Фрезите за грубо обработване се използват предимно за предварително нарязване на зъбите. Характеризират се с по-ниска точност на изработване в сравнение с останалите фрези, както и с по-малка дебелина на зъбите в повечето случаи. Фрезите за чисто обработване са стандартизирани. Фрезите за прецизно обработване са предназначени предимно за нарязване на зъбните колела на особено точни предавки.

Според броя на ходовете фрезите биват едноходови и многоходови (дву- и триходови). Добре е да се отбележи, че поради увеличения ъгъл на подем на извивката на многоходовите фрези дават по-голяма грешка на профила на нарязаните зъби. Фрезите биват още фрези с десни навивки на каналите и такива с леви навивки на каналите, както и цели, най-често изработени от бързорезна стомана и сглобяеми (с гребеновидни ножове и отделни ножове).

Принципно, работата на червячните фрези се характеризира с неравномерно натоварване на отделните зъби и режещи ръбове. В различните фази на зацепването зъбът е натоварен в различна степен. От трите главни режещи ръба на всеки зъб най-натоварен е върховият, следван от входящия, а най-малко натоварен е изходящият страничен режещ ръб. Съответно, в различните фази на зацепването на фрезата с колелото стружката е права, Г-образна или П-образна. Отделянето на стружки с Г-образна или П-образна форми по предната повърхнина предизвиква увеличено натоварване, износване и сили на рязане.

С оглед повишаване на експлоатационните възможности на червячните фрези често се предприемат действия, насочени към изменение на някои техни конструктивни характеристики. Например увеличаването на броя на профилиращите зъби може да повиши точността на обработката. 

Многоходовите червячни фрези се характеризират с по-ниска точност, поради което те се използват предимно за предварителна обработка. Работата им е съпроводена със значително увеличаване на силовото натоварване в сравнение с тази на едноходовите фрези. Известно компенсиране на намалената точност може да се постигне с увеличаване на външния диаметър и броя на гребените, както и при намаляване профилния ъгъл на инструмента.

Увеличаване на производителността на фрезите може да се постигне и с използването на металокерамични режещи части. Дава се възможност за получаване на чисто зъбонарязване на закалени заготовки и се увеличава трайността. Използват се също и фрези с минералокерамични режещи елементи и от свръхтвърди материали.

Червячните фрези от свръхтвърди материали се използват за чисто нарязване на закалени зъбни колела с твърдост до 60 HRC.

За стоманени и чугунени колела като режещ материал се използва кубичен борен нитрид, а за цветни метали и неметали – технически диамант.

Зъбодълбачни колела
За зъбни колела, които трудно могат да бъдат обработени чрез зъбофрезоване, обикновено се използва зъбодълбане. Зъбодълбането е един от най-използваните зъбообработващи методи. То се основава на възпроизвеждане на процеса обхождане при зацепване на две зъбни колела без хлабина, едното от които се явява режещ инструмент, а другото - заготовка на обработваното колело.

Сред предимствата на зъбодълбането са съответно възможността да се обработват зъбни колела с вътрешно зацепване, по-малката височина на грапавините по страничните еволвентни профили на зъба и други. Зъбодълбачното колело е коригирано зъбно колело, чиято предна повърхнина е изместена на определено разстояние от изходното сечение с оглед да се увеличи времето на работа на инструмента, който се презаточва по предната повърхнина. В изходно положение размерите на зъба на инструмента са равни на размерите на зъба на изходния контур на инструменталния гребен.

Обработката на зъбни колела със зъбонарезни гребени включва възвратно-постъпателно движение на инструмента по оста на заготовката, благодарение на което се осигурява необходимата скорост на рязане.

Заготовката извършва едновременно постъпателно движение и движение около оста си.

Сред използваните инструменти са и центроидните ножове за зъбоструговане. Принципът на работа на тези ножове е подобен на шевинговането, но цялото зъбонарязване се извършва при едно преминаване на инструмента с подавателно движение по дължината на зъбите на заготовката. Зъбната двойка е с кръстосани оси на въртене, двете принудителни въртеливи движения са съгласувани по начин, осигуряващ центроидното обхождане.

По конструкция центроидните ножове представляват зъбодълбачно колело с наклонени зъби. С тях се постига до около 3 - 5 пъти по-висока производителност на зъбоструговането, равномерно износване на режещите ръбове, гладкост и висока трайност на нарязаните зъби. Ножовете се считат за подходящи както за едносерийно, така и за масово производство.

Обработване на зъбни колела по метода на копирането
Този метод включва използването на дискови модулни фрези, палцови фрези, нарязване с многоножова глава, протегляне на зъбите. Характерна особеност на метода е, че използваните инструменти са с профила на обработваното зъбно колело или на обработваното междузъбие.

При нарязването на зъбите на цилиндричните зъбни колела с дискови фасонни фрези, фрезата се върти около своята ос и се премества към долната част на зъба на обработваното зъбно колело. Зъбните колела, нарязани с дискови фрези, се характеризират с невисока точност, поради което се използват предимно за неотговорни бавноходни предавки. Съответно, дисковите фрези се използват предимно за грубо изрязване на цилиндрични и конусни колела със средни и големи модули.

Обработването с многоножова (зъбодълбачна) глава се извършва на специални зъбонарезни машини. Постига се с пъти по-голяма производителност в сравнение със зъбофрезоването с червячни фрези, а степента на точност на обработените зъби обикновено е от порядъка на 8 степен.

Многоножовите глави са сравнително скъпи инструменти, които обикновено са предназначени за обработка на зъбни колела с определен брой зъби, като за всяко зъбно колело с различен брой зъби е необходима отделна многоножова глава.
Зъбопротеглянето е процес на едновременно формообразуване на всички зъби от зъбния венец с помощта на специални режещи инструменти – протяжки. Те са инструменти, характеризиращи се с висока сложност на изработването, поради което в повечето случаи се предлагат от специализирани фирми.

В следващ брой ще бъдат разгледани най-често използваните резбообработващи инструменти, сред които метчици, плашки, фрези и други.