Обработка шлицевых поверхностей

По конструкции шлицы бывают прямобочными, эвольвентными, треугольными и других профилей. Шлицевые соединения с прямобочными шлицами выполняют с центрированием по внутреннему d или наружному D диаметрам и ширине шлицев В (рисунок а). При эвольвентных шлицах центрирование осуществляют по боковому профилю шлица.

Рисунок 1 – Схема нарезания шлицев на валах фасонными фрезами (а) и резцовая головка шлицестрогального станка (б):

1 – заготовка;

2 – фреза;

3 – резец;

4 – направляющая;

5 – корпус головки.

Качество шлицевого вала определяется: точностью диаметральных размеров ступеней, их соосностью, точностью ширины и шага шлицев, твердостью и шероховатостью центрирующих и других поверхностей. На эти элементы устанавливают нормы точности.

Шлицы на валах нарезают фрезерованием, строганием, протягиванием и холодным накатыванием. Обработка шлицев зависит от способа центрирования шлицевого соединения, вида термообработки и серийности производства.

В серийном производстве шлицы обычно нарезают на шлицефрезерных или зубофрезерных станках червячными фрезами методом обкатки. Таким способом нарезают шлицы за один-два рабочих хода в зависимости от требуемой точности. В качестве технологических баз используют центровые отверстия вала. У закаливаемых валов шлицы фрезеруют после предварительного наружного шлифования, у незакаливаемых – после чистового шлифования наружных поверхностей вала.

Нарезание прямобочных шлицев на валах в крупносерийном производстве осуществляется фрезерованием фасонными дисковыми фрезами с последующим шлифованием поверхностей шлицев. Обработку выполняют на механизированных горизонтально-фрезерных станках. Заготовка закрепляется в центрах делительной головки, установленной на столе станка. Такой метод нарезания шлицев в 3 – 4 раза производительнее, чем обработка на шлицефрезерных и зубофрезерных станках.

Шлицевые поверхности валов по конструкции могут быть прямобочными, треугольными, эвольвентными. Шлицевые соединения с прямобочными шлицами можно выполнять с центрованием втулки по внутреннему и наружному диаметрам, соединения с эвольвентными и треугольными шлицами – с центрованием по боковым поверхностям (для реверсивных механизмов).

На шлицевые соединения устанавливают жесткие нормы точности и технические условия. Так, допустимые отклонения, неравномерность шага шлицев и смещение их относительно оси не должны превышать 0,02...0,03 мм.

Обработку шлицев на валах можно выполнять фрезерованием, строганием, долблением, протягиванием и холодным накатыванием (в основном эвольвентных шлицев). Наиболее распространено фрезерование на шлицефрезерных станках обкаткой. Этим же способом можно фрезеровать шлицы всех профилей на зубофрезерных станках. Обработка ведется червячными фрезами за один или два (при диаметре 80 мм) прохода.

В единичном и мелкосерийном производстве обработку шлицев можно выполнять на фрезерных станках общего назначения, применяя копирование и профильные фрезы.

В качестве технологических баз обычно используют поверхности центровых отверстий валов. Однако валы с короткими опорными шейками, к которым непосредственно выходят шлицы, нельзя устанавливать в центрах с хомутиком, так как он не дает выхода червячной модульной фрезе. В этом случае шлицевый валик со стороны шпинделя базируется по шлифованной опорной шейке в специальной оправке с обратным конусом.

У закаливаемых валов шлицы рекомендуется фрезеровать после предварительного шлифования, а у незакаливаемых – после чистового шлифования наружной поверхности. Шлицы закаливаемых валов и центрируемые по наружному диаметру обрабатывают в такой последовательности:

- фрезерование шлицев с припуском под шлифование боковых поверхностей;

- чистовое шлифование боковых поверхностей шлицев после термической обработки;

- и чистового наружного шлифования.

Обработка шлицев таких же валов, но незакаливаемых, ограничивается только чистовым фрезерованием после чистового шлифования наружной поверхности.

Шлицы валов, центрируемых по поверхности внутреннего диаметра, обрабатывают в такой последовательности:

- фрезерование шлицев с припуском под шлифование;

- фрезерование канавок для выхода круга при шлифовании центрирующей поверхности по внутреннему диаметру (в случае, если канавки не обработаны на первой операции шлицевой фрезой “с усиками”);

- чистовое шлифование боковых поверхностей и центрирующей поверхности по внутреннему диаметру после термической обработки.

Существуют и более совершенные методы фрезерования шлицев на валах. Например, разработано нарезание прямобочных шлицев предварительным фрезерованием фасонными дисковыми фрезами и чистовым фрезерованием боковых поверхностей шлицев торцовыми фрезами, оснащенными пластинами из твердого сплава (рисунок 6).

Рисунок 6 – Схема фрезерования шлицов фасонными фрезами:

а – предварительная обработка;

б – чистовая обработка боковых поверхностей шлицев

Режимы резания при обработке валов из среднеуглеродистой стали: для предварительного фрезерования V = 30... 35 м/мин и S = 190 мм/мин, для чистового фрезерования V = 180 м/мин и S = 0,55 мм/зуб. Обработку производят на горизонтальных и продольно-фрезерных станках с применением делительных приспособлений. Такой метод нарезания шлицев в 3 – 4 раза производительнее, чем обработка на шлицефрезерных станках.

Более прогрессивными процессами образования шлицев методом снятия стружки являются контурное шлицестрогание и шли-цепротягивание.

Строгание шлицев на валах производят набором фасонных резцов, собранных в головке, и эффективно может быть приме­нено в крупносерийном и массовом производстве. Их количество и профиль соответствуют числу шлицев и профилю впадины между шлицами вала (рисунок 7).

Рисунок 7 – Резцовая головка для шлицестрогания валов

Число двойных ходов головки определяется глубиной шлицевой канавки и принятой глубиной резания за один рабочий ход. Резцы в головке затачивают комплектно в специальном приспособлении. За каждый двойной ход резцы сходятся радиально на заданную величину подачи.

Этим методом можно обрабатывать как сквозные, так и несквозные шлицы. В последнем случае предусматривается канавка для выхода резцов глубиной не менее 6... 8 мм и ускоренный отвод резцов от заготовки. Шлицестрогание выполняют на станке МА4, предназначенном для обработки валов диаметров 20... 50 мм, длиной до 435 мм, с длиной обрабатываемой части 70... 370 мм. Этот метод позволяет вести обработку шлицев и на валах, имеющих уступы диаметром на 25... 30 мм больше обрабатываемого, что невозможно осуществить другими методами. Параметр шероховатости обработанной поверхности Ra = 1,6…0,8 мкм.

Другим высокопроизводительным методом образования шлицев является шлицепротягивание. Шлицепротягивание производят двумя блочными протяжками (рисунок 8) одновременно двух диаметрально противоположных впадин на валу с последующим поворотом вала на определенный угол после каждого хода протяжки.

Рисунок 8 – Схема протягивания шлицев на валах

Блок протяжки состоит из набора резцов-зубьев, которые могут независимо перемещаться в радиальном направлении. Резцы затачивают комплектно и устанавливают в блоки в специальном приспособлении. Этот метод позволяет обрабатывать сквозные и несквозные шлицы. Копирная линейка дает возможность протягивать несквозные шлицы по заданной траектории. Разность диаметров ступеней, при обработке валов с несквозными шлицами не должна превышать 25... 30 мм. По производительности шлицестрогание и шлицепротягивание производительнее шлицефрезерования примерно в 5 – 8 раз (в зависимости от размеров шлицев).

Большие перспективы имеет холодное накатывание шлицев, при котором шлицы образуются пластическим деформированием без снятия стружки. Накатка выполняется роликами, рейками и многороликовыми профильными головками (рисунок 9).

Рисунок 9 – Схемы накатывания шлицев:

а – круглыми роликами;

б – рейками;

в – многороликовой головкой

Уплотнение слоя металла при накатывании повышает прочность шлицевых валов. По данным ЭНИМСа, накатанные шлицы при скручивании на 10... 20 % прочнее шлицев, полученных фрезерованием. В ряде случаев холодное накатывание позволяет избежать термической обработки валов и дальнейшей механической обработки шлицев. Холодной накаткой в основном делают эвольвентные шлицы, так как для прямобочных шлицев значительно усложняется профиль рабочих поверхностей накатных роликов, что требует специального оборудования для их изготов­ления. Шлицы эвольвентного профиля с модулем до 2,5 мм получают холодным накатыванием двумя или тремя роликами. Их устанавливают по делительной окружности предварительно обработанной заготовки с учетом упругих деформаций системы станок – приспособление – инструмент – заготовка. Диаметр заготовки при накатывании меньше наружного диаметра детали и точность диаметра под накатку значительно выше диаметра под шлицефрезерование.

Так, для валов диаметром 30... 50 мм допустимое отклонение наружной поверхности – не более 0,05... 0,07 мм, допустимое отклонение биения относительно оси центров – не более 0,06 мм.

Ролики изготовляют из высоколегированных сталей. Одним и тем же роликом определенного модуля можно обработать валы с различным числом шлицев.

Рекомендуемые режимы накатывания: окружная скорость роликов 15... 20 м/мин при диаметре начальной окружности 200 мм; осевая подача 150... 200 мм/мин. Накатыванию подвергают заготовки твердостью не более 220 НВ. Погрешность шага не более 0,03 мм; накопленная погрешность шага 0,05... 0,1 мм; параметр шероховатости поверхности Ra = 0,4... 0,2 мкм.

В зависимости от длины шлицев производительность при накатывании примерно в 10 раз выше, чем производительность при шлицефрезеровании. Предпочтительнее накатывать валы с большим числом шлицев (не менее 18), так как в этом случае процесс протекает более плавно.

Холодное накатывание шлицев можно делать и рейками. Накатывание шлицев рейками за один рабочий ход на всю длину производительнее, чем накатывание роликами, но вследствие возни­кающих больших сил оно не рекомендуется для накатывания шлицев длиной более 80... 100 мм.

Существует и другое высокопроизводительное холодное накатывание эвольвентных шлицев на валах, которое основано на принципе формирования обрабатываемого профиля по планетарному методу (рисунок 10, а).

Рисунок 10 – Схема накатывания шлицев планетарным методом:

а – схема движения роликов и заготовки;

б – схема формирования шлицев при накатке;

1 – траектория движения роликов: 2 – заготовка; 3 – ролики

Формирование профиля производится двумя роликовыми головками, имеющими встречное вращение. Головки, оснащенные накатным инструментом, располагают встречно и приводят в действие двумя двигателями. Профильные ролики 3 одновременно и синхронно внедряются во вращающуюся вокруг своей оси заготовку 2. При этом частоты вращения накатных головок и заготовки согласуют друг с другом с учетом числа изготовляемых зубьев (рисунок 10, б). Одновременно производится непрерывная подача заготовки в осевом направлении.

Основная работа по формированию профиля происходит в зоне преобразования, где при каждом рабочем ходе инструмента образуется серповидный сегмент.

Накатный ролик изготовляют из высоколегированной быстро­режущей стали с твердостью рабочей части 63... 66HRC. Одним комплектом накатных роликов можно обработать 3000... 30 000 заготовок.

Для накатывания шлицев высокой точности заготовки должны быть предварительно обработаны по наружному диаметру. Диаметром заготовки является средне-арифметическое между диаметром окружности выступов и диаметром окружности впадин зуба. Рекомендуемый допуск диаметра 0,05... 0,10 мм и допуск биения 0,03... 0,06 мм.

Этот метод рекомендуется только для материалов со следующими характеристиками: δ > 9 %, σ_в = 1274-10° Па. Параметр шероховатости Ra < 1 мкм.

Все термически обработанные шлицевые валы, а также валы, центрируемые по внутреннему диаметру, после нарезания шлицев подвергают дальнейшей механической обработке.

Поверхности, образующие профиль шлицев на валах, центрируемых по внутреннему диаметру, шлифуют профильным кругом за один установ; за два установа шлифуют сначала боковые поверхности шлицев, а затем поверхность по внутреннему центрирующему диаметру. Точность и производительность выше у шлифования шлицев одним профильным кругом.

У термически обработанных шлицевых валов с центрированием по наружному диаметру шлифуют эту поверхность и боковые поверхности шлицев. Производительность этих операций значительно выше, чем при шлифовании профильным кругом, поэтому обработка шлицевых валиков с центрированием по наружному диаметру проще и экономичнее обработки валиков с центрированием по внутреннему диаметру.

Поиск по сайту: