В производстве зубчатых колес ГТД используется черновое и получистовое зубофрезерование.

 

Зубофрезерование осуществляется на специализированных станках.

Мировым лидером в производстве зубофрезерных станков в течение многих лет является фирма PFAUTER, которая в 1997 г. вошла в состав фирмы GLEASON, сохранив для этих станков свою торговую марку.

Характерной особенностью конструкции станков фирмы PFAUTER является сочетание высокой точности обработки с жесткостью станин и рабочих шпинделей, а также компактность компоновки.

В настоящее время станки оснащаются 5-координатными системами ЧПУ и соответствующим программным продуктом, позволяющим выполнять на станках все виды зубофрезерных работ и обеспечивать точность обработки зубчатых колес по 3-му квалитету DIN 3961. Специально созданная система диагностики информирует оператора о всех неисправностях станка, их причинах и выдает рекомендации по их устранению.

Способ нарезания венцов зубодолблением нашел исключительное применение при изготовлении колес и шлицев внутреннего зацепления, а также блочных колес с ограниченным выходом инструмента из зоны об­работки.

При зубодолблении инструмент (долбяк) и заготовка находятся в за­цеплении и совершают движение обката с определенным передаточным отношением, зависящим от чисел зубьев обрабатываемой детали и долбяка. Одновременно с этим долбяк совершает возвратно-поступательное движение - движение резания. Эти основные формообразующие движе­ния процесса зубодолбления дополняются движением радиальной подачи с целью получения полной высоты зуба.

На рис. 17.3 показана схема, иллюстрирующая кинематику процесса зубодолбления прямозубых (а) и косозубых (б) зубчатых колес. При обработке косозубых колес использу ется косозубый долбяк, который в процессе работы совершает винтовое движение вокруг своей оси. С этой целью станки оснащаются специальными винтовыми направляющими. Во время обратного хода во избежание затирания долбяк совершает отскок от обрабатываемой поверхности.

а) Рис. 17.3. Схема нарезания зубьев зубодолблением: а - прямозубого колеса; б – косозубого колеса

 

При нарезании зубчатых колес используются долбяки различных конструкций: дисковые, чашечные и хвостовые. С учетом конструкции зубчатых колес ГТД, нарезаемых по этому методу, в производстве используются только прямозубые долбяки.

Выбор типа долбяка зависит от конструкции зубчатого колеса. Дисковыми нарезают колеса наружного и внутреннего зацепления, конструкция зубчатых венцов которых обеспечивает свободный выход долбяка из зоны резания (с учетом выступающей крепежной гайки). В противном случае используются чашечные долбяки, у которых крепежная гайка располагается выше торцевой плоскости зубьев долбяка. Хвостовые долбяки служат в основном для нарезания зубьев и шлицев внутреннего зацепления при малых диаметрах делительной окружности.

Обработка зубчатых колес при данном методе нарезания производится на специализированных зубодолбежных станках. Современные зубодолбежные станки оснащаются системами ЧПУ, которые позволяют автоматизировать процесс и существенно упростить работу оператора станка.

Высокие точность изготовления авиационных зубчатых колес и качество химико-термической обработки (ХТО) являются необходимыми условиями их высокой работоспособности.

Современное оборудование для нарезания зубчатых колес обеспечивает точность обработки 3... 4-й степени. Однако ХТО вследствие неоднократных нагревов и охлаждений вызывает существенную деформацию зубчатых колес. Под влиянием термических и структурных напряжений изменяются толщина зубьев, диаметральные и осевые размеры колес, профиль и направление зубьев. Как показывает практика, точность зубчатых колес ГТД после цементации и закалки снижается на 2... 3 степени.

Восстановление точности - трудная технологическая задача, поскольку для устранения геометрических погрешностей приходится удалять поверхностный слой значительной толщины (0,15... 0,25 мм со стороны зуба). При этом из-за погрешностей, вызванных ХТО, удаление поверхностного слоя происходит неравномерно. Это приводит к удалению с профилей зубьев более твердого и работоспособного поверхностного слоя и снижает эффективность ХТО. Кроме того, температурное и сило­вое воздействие на шлифуемую поверхность может повлечь образование трещин и прижогов в хрупком слое.

Восстановление точности достигается зубошлифованием. На сегодняшний день зубошлифование - это наиболее точный процесс механической обработки поверхностей зубьев, имеющих твердость HRC, более 50.

В производстве зубчатых колес ГТД зубошлифование является основной финишной операцией зубообработки, на которой формируются окончательная геометрия и точность элементов зацепления. Так как эта операция выполняется после упрочняющей ХТО, то от качества выполнения этой операции зависит контактная и изгибная выносливость зубьев, надежность и ресурс работы передач в целом. Операция зубошлифования выполняется на специализированных станках.

В течение многих лет фирма REISHAUER занимала лидирующее положение на рынке зубошлифовальных станков, работающих червячным абразивным кругом, пока в 1994 г. не появился станок модели TAG 400 CNS совместной разработки фирм GLEASON и ОКАМОТО. По своим техническим характеристикам указанный станок близок к ранее рассмотренным, но по уровню автоматизации и технологическим возможностям превосходит их.Станок оснащен 8-координатной системой ЧПУ.

В настоящее время весьма динамично развивается метод профильного зубошлифования, или метод копирования, который вытесняет из технологии производства авиационных зубчатых колес метод обкатного шлифования.

Для производителей зубчатых колес ГТД наибольший интерес представляют станки, предназначенные для обработки зубчатых колес внешнего и внутреннего зацепления с прямыми и косыми зубьями и оснащенные механизмами правки круга, управление которыми интегрировано в систему ЧПУ станков. Кроме того, станки оснащены измерительной системой, которая контролирует форму профилей, направление зубьев, отклонение и накопленную погрешность окружных шагов и толщину зубьев. Интегрирование измерительной системы в общую систему управления правкой и шлифованием позволило создать полностью автоматизированный цикл обработки.

Фирма GLEASON развивает производство зубошлифовальных станков с полной автоматизацией цикла обработки, обеспечением быстрой наладки и переналадки станков. Высшим уровнем автоматизации процесса шлифования является создание локальной сети, включающей расчетную станцию, станок и координатно-измерительную машину. Это позволяет производить автоматическую подналадку станков по результатам контроля поверхностей зубьев.

Кроме фирмы GLEASON созданием зубошлифовальных станков с ЧПУ для обработки конических колес с круговой формой зубьев занимается фирма KLINGELNBERG.

В производстве цилиндрических зубчатых колес авиационного редукторостроения зубохонингование используется как процесс суперфинишной (отделочной) обработки поверхности зубьев после операции зубошлифования. В отличие от зубошлифования он не приводит к образованию прижогов, понижению твердости, изменению структуры поверхностного слоя. Более того, применение указанного процесса в значительной степени устраняет дефекты поверхностного слоя, вызванные шлифованием, а снижение шероховатости контактируемых поверхностей зубьев до Ra = 0,1... 0,2 мкм обеспечивает идеальные условия для образования масляной пленки и предохраняет их от металлического контакта. Кроме того, процесс зубохонингования является силовым процессом обработки, создающим на поверхности зубьев значительные напряжения сжатия, что позволяет повысить нагрузочную способность и долговечность работы передач.

В процессе обработки зубчатое колесо зацепляется с инструментом (хоном), представляющим собой абразивное косозубое зубчатое колесо наружного или внутреннего зацепления.

Процесс зубохонингования проводится с интенсивным охлаждением. СОЖ подается под большим давлением для очистки поверхности хона, так как хоны имеют минимально открытую структуру и легко засоряются. В качестве СОЖ применяются специальные масла низкой вязкости или керосин. Сложившаяся практика хонингования авиационных зубчатых колес показала, что наилучшие результаты по шероховатости поверхности зубьев получают при обработке на окружных скоростях V- 8... 16 м/с с использованием в качестве СОЖ керосина.

Контроль зубчатых колес имеет весьма сложную теоретическую основу и систему допусков. Не менее сложна и методология его осуществления: применяются дорогостоящие прецизионные приборы, причем необходим комплект из нескольких таких приборов. Расшифровка результатов контроля представляет также непростую задачу

Контроль на высоком техническом уровне осуществляют специальные приборы и координатные измерительные машины, получившие в последнее время распространение в отечественной практике.

Такие приборы выпускает за рубежом целый ряд фирм, самые известные из них: KLINGELNBERG (ФРГ), GLEASON (США).

Наиболее типичным универсальным прибором, используемым в отечественной авиационной промышленности, является прибор для комплексного однопрофильного контроля PSKE-900 фирмы KLINGELNBERG.