Обработка зубьев шестерен модульной фрезой: настройка делительной головки

Когда перед вами стоит задача нарезать зубчатое колесо на универсально-фрезерном станке, главным инструментом становится модульная дисковая фреза, а ключом к получению правильного шага — делительная головка. Этот механизм позволяет поворачивать заготовку на строго заданный угол после каждого прохода, формируя впадины с равным расстоянием между соседними зубьями. Для начала необходимо определиться с типом применяемого приспособления: в условиях обычной мастерской чаще всего используется универсальная головка с постоянной характеристикой N = 40 (модели УДГ-100, УДГ-135, реже УДГ-250, где N = 60 или 80). Именно эта цифра обозначает, сколько оборотов рукоятки приходится на один полный оборот шпинделя с деталью.

Перед любыми расчетами стоит подобрать подходящую фрезу по модулю и номеру. В стандартном наборе из восьми штук каждая рассчитана на обработку определенного диапазона зубьев: так, первая фреза (№1) годится для колес от 12 до 13 зубьев, вторая — от 14 до 16, третья — от 17 до 20, четвертая — от 21 до 25, пятая — от 26 до 34, шестая — от 35 до 54, седьмая — от 55 до 134, а восьмая — от 135 и выше. Для более точного профилирования существуют пятнадцати номерные наборы, где каждый номер покрывает интервал всего в 3-4 зуба, но в любительской практике хватает стандартного ряда. Обратите внимание: при выборе фрезы по таблицам нужно ориентироваться на фактическое число зубьев нарезаемой шестерни, а не на ее делительный диаметр.

Перейдем к настройке делительной головки на простое деление — этот метод применяется, когда требуемое количество зубьев Z можно разложить на множители, а характеристика N делится на Z без большого остатка. Формула для расчета числа оборотов рукоятки выглядит так: n = N / Z. Для головки с N = 40 и колесом на 20 зубьев получаем n = 40 / 20 = 2 полных оборота. А если Z = 15, тогда n = 40 / 15 = 2 + 10/15 = 2 + 2/3 оборота. Дробную часть реализуют с помощью делительного диска (лимба) с концентрическими окружностями отверстий — их количество в каждом ряду разное (16, 17, 19, 21, 23, 29, 31, 33, 37, 39, 41, 43, 47). Нам нужно подобрать такую окружность, чтобы знаменатель дроби 2/3 можно было умножить до целого числа отверстий. Умножаем 2/3 на 11 — получаем 22/33, то есть на окружности с 33 отверстиями следует отсчитать 22 промежутка. Рукоятку фиксируют раздвижным сектором, который настраивают на нужный шаг.

В случае, когда простое деление невозможно из-за того, что Z содержит простые множители, не входящие в набор доступных окружностей (например, для Z = 127), приходится прибегать к дифференциальному методу. Здесь вращение шпинделя складывается из движения рукоятки и дополнительного поворота от гитары сменных зубчатых колес, которая соединяет шпиндель головки с валом рукоятки. Для начала подбирают фиктивное число зубьев Z0, близкое к требуемому, но допускающее простое деление. Часто берут Z0 = 120 для Z = 127. Тогда передаточное отношение гитары вычисляется по формуле i = (a * c) / (b * d) = (N * (Z0  - Z)) / Z0. Подставляем значения: N = 40, Z0 = 120, Z = 127, получаем i = (40 * (120  - 127)) / 120 = (40 * (-7)) / 120 = -280 / 120 = -7/3. Знак минус указывает на необходимость встречного вращения — для этого между зубчатыми колесами гитары устанавливают паразитную шестерню.

Теперь надо подобрать конкретные сменные колеса из стандартного набора (обычно поставляются с модулем 1,5 или 2 мм, с числами зубьев 20, 24, 28, 32, 36, 40, 44, 48, 56, 64, 72, 80, 84, 96, 100). Дробь 7/3 можно представить, как (7 * 20) / (3 * 20) = 140 / 60, но 140 зуба в наборе нет. Попробуем разложить иначе: 7/3 = (56 * 40) / (24 * 40) — получаем 56/24 * 40/40, то есть ведущее колесо а=56, ведомое b=24, второе ведущее с=40, ведомое d=40. Однако оба колеса по 40 можно сократить, оставив одну пару 56/24. Проверяем: i = 56/24 = 7/3, что совпадает с требуемым. Для встречного вращения между a и b вставляем промежуточную шестерню с любым числом зубьев, не влияющую на передаточное отношение.

Практический совет: перед окончательной фиксацией заготовки проверьте биение оправки или центра, установив индикатор на посадочную поверхность — допуск составляет не более 0,02-0,03 мм на длине 100 мм. Модульная фреза должна быть закреплена строго по оси шпинделя; для этого используют оправки с коническим хвостовиком Морзе №3 или №4. Настройку делительной головки всегда начинают с открепления стопорного винта, который фиксирует шпиндель, затем устанавливают рукоятку в исходное положение по нулевой риске. При использовании простого метода после расчета n находят на делительном диске нужную окружность и сдвигают сектор так, чтобы между его линейками помещалось требуемое число отверстий (на один больше, чем число пропускаемых промежутков). Для Z=15 с дробью 22/33 раздвиньте сектор так, чтобы одна линейка стояла у первого отверстия, а вторая — у 23-го (потому что 22 промежутка — это 23 отверстия).

В случае дифференциального метода после установки гитары сменных колес необходимо освободить фиксатор шпинделя головки, чтобы тот мог свободно вращаться. Затем подбирают делительный диск, на котором простое деление для Z0=120 выполняется без остатка: n0 = 40 / 120 = 1/3 оборота. Для этого подойдет окружность с 30 отверстиями — 10 промежутков (отсчитываем 11 отверстий). При вращении рукоятки шпиндель повернется на требуемый угол, но дополнительная связь через гитару заставит его сместиться еще на малую величину, в сумме давая точный шаг для Z=127. На практике рекомендуется сначала собрать гитару на столе, не нагружая ее, и провернуть рукоятку на несколько оборотов, убедившись в плавности хода и отсутствии закусываний.

Для каждого прохода фрезы глубина резания устанавливается по лимбу вертикальной подачи. У модульных фрез, предназначенных для черновой обработки, применяют однократное врезание на полную высоту зуба, что для стальных заготовок составляет величину, равную 2,2*m (где m — модуль). При чистовом проходе оставляют припуск 0,1-0,3 мм на сторону. Скорость резания для быстрорежущей фрезы из стали Р6М5 при обработке конструкционной стали 45 не должна превышать 25-30 м/мин, что соответствует частоте вращения шпинделя около 100-120 об/мин для фрезы диаметром 80 мм. Подача на один зуб выбирается в пределах 0,05-0,10 мм, чтобы избежать вибраций и поломки дорогого инструмента.

Когда все настройки выполнены, полезно сделать пробный проход на ненужной заготовке (или на том же колесе, но с первого зуба). После фрезерования первой впадины проверьте совпадение меток на делительном диске — рукоятка должна вернуться в исходное положение с погрешностью не более половины деления шкалы. Для контроля шага между соседними зубьями используйте штангенциркуль или специальный зубомер. Если обнаружено расхождение более 0,05 мм на диаметре, пересчитайте настройки: возможно, вы ошиблись в подборе сменных колес или неправильно отсчитали отверстия на диске.

Обратите внимание на то, что у большинства делительных головок предусмотрена возможность наклона шпинделя для нарезания косозубых колес. В этом случае к настройкам добавляется угол подъема винтовой линии, который выставляется по лимбу корпуса, а дифференциальная гитара рассчитывается с учетом шага винтовой линии и кинематики станка. Для прямозубых шестерен, о которых мы ведем речь, шпиндель устанавливают строго горизонтально. После завершения работы обязательно снимите сменные зубчатые колеса и очистите их от стружки и масла — попадание абразива между зубьями быстро выведет гитару из строя. Храните набор шестерен в отдельной коробке, желательно с маркировкой числа зубьев на каждой.

Подбирая делительный диск, помните, что стандартные головки комплектуются двумя или тремя дисками с разными окружностями. Первый диск содержит ряды на 15, 16, 17, 18, 19, 20 отверстий; второй — на 21, 23, 27, 29, 31, 33; третий — на 37, 39, 41, 43, 47, 49. Для большинства расчетов хватает первых двух дисков. Если нужной окружности нет, можно применить метод двойного деления: использовать не один оборот рукоятки, а два или три, соответственно изменив формулу. В крайнем случае, допускается фрезерование с использованием координатного стола или шагового двигателя, но это уже выходит за рамки стандартного станочного парка. Доверяйте проверенным таблицам настройки, которые приводятся в паспорте головки — там даны готовые значения для всех Z от 2 до 400.