Зубофрезерные станки

Станки работают как методом обката, так и копирования. Зубофрезерование методом обката производится червячной фрезой. В процессе обработки воспроизводится зацепление червяка с колесом в червячной передаче.

При нарезании зубчатых колес ось фрезы устанавливают таким образом, чтобы направление витков червячной фрезы совпадало с направлением зубьев обрабатываемого колеса (рис. 11.6).

Рис. 11.6. Установка шпинделя фрезы относительно
нарезаемых цилиндрических колес:

а – при разноименных направлениях винтовых линий на фрезе и на колесе; б – при одноименных направлениях винтовых линий на фрезе и на колесе; в) при прямозубых колесах; – угол подъема линии витка фрезы; – угол наклона суппорта фрезы

При нарезании зубьев червячных колес выбор типа червячной фрезы зависит от вида профиля червяка и от используемого метода зубофрезерования: с радиальным или тангенциальным движением подачи. При радиальном врезании (см. рис. 11.7, а) оси инструмента и заготовки сближаются до тех пор, пока червячная фреза не углубится на полную высоту профиля. При тангенциальном врезании (см. рис. 11.7, б) межосевое расстояние А устанавливают перед обработкой и в последующем не меняют. При этом основная часть припуска снимается заборным конусом фрезы, а цилиндрическая часть фрезы выполняет калибрующую функцию, обеспечивая требуемые размеры колеса. Неизменность межосевого расстояния в процессе обработки, наличие на фрезе калибрующей части делает метод обработки тангенциальным врезанием более точным по сравнению с радиальным.

Зубофрезерный станок мод. 53А50. Зубофрезерный универсальный станок мод. 53А50 является полуавтоматом, работает по методу обкатки и предназначен для нарезания зубьев цилиндрических и червячных колес в условиях мелко-и среднесерийного производства. Полуавтомат выполнен в вертикальном исполнении с неподвижной инструментальной стойкой и подвижным в горизонтальном направлении столом.

Рис. 11.7. Схемы нарезания червячных колес червячной фрезой: а – с радиальным врезанием; б – с тангенциальной подачей инструмента

Полуавтомат 53А50 (см. рис. 11.8) состоит из станины 1, в которой размещены гидропривод, привод для подвода смазочной жидкости, конвейер для отвода стружки, главный привод, резервуары гидросистемы и системы охлаждения.

С левой стороны станины жестко закреплена стойка 10, в которой находятся механизмы гитар деления и дифференциала. По вертикальным призматическим направляющим стойки перемещается каретка 12 с фрезерным суппортом. К передней стенке корпуса стойки крепится коробка распределения движений 4 и пульт управления 7. На передней стенке станины слева расположена коробка скоростей 2. Стол 17 служит для установки заготовки. На корпусе стола, перемещаемом по горизонтальным направляющим станины, установлена стойка 16 с контрподдержкой 15 для оправки. На коробке 4 находятся рукоятка 3 включения вертикальной подачи, квадрат 6 валика ручного перемещения каретки. На стойке 10 расположены рукоятка 9 реверса тангенциальной подачи и рукоятка 11 переключения блока тангенциальной подачи. Суппорт на заданный угол поворачивается при вращении валика 13 за квадратный конец. Рукояткой 18 перемещают контрподдержку. Рукояткой 19 приводится в действие ручной насос, валиком 20 перемещается стол, а рукояткой 21 перемещается упор стола. Ход каретки 12 ограничивает упор 8, а ход стола 17 – упор 22.

    Рис. 11.8. Зубофрезерный станок 53А50    

На станке можно нарезать зубчатые колеса диаметром до 500 мм с наибольшим модулем 8 мм.

Нарезание прямозубых цилиндрических колес (см. рис. 11.9). При нарезании прямозубых колес необходимо главное движение – вращение фрезы, вращение заготовки, согласованное с вращением фрезы, а также движение подачи – вертикальное перемещение суппорта с фрезой.

  Рис. 11.9. Кинематическая схема зубофрезерного станка мод. 53А50

Цепь главного движения соединяет трехскоростной электродвигатель М 1 со шпинделем VIII фрезы. Переключением обмоток электродвигателя и настройкой гитары скоростей получают 16 скоростей (частот вращения) шпинделя.

Расчетные перемещения для цепи главного движения:

n _мин^–1об. электродвигателя – n _мин^–1об. фрезы.

Уравнение кинематического баланса цепи главного движения

n _э об..

Формула настройки гитары скоростей

Сменные зубчатые колеса a и b устанавливают на валы с постоянным межосевым расстоянием, при этом.

Цепь обката согласовывает движения червячной фрезы и заготовки, связывая валы VIII, VII, VI, V, XIV, XV … XXII.

Сменные колеса c, d, e, f составляют гитару деления (обката).

Зубчатые колеса g и h расширяют диапазон настройки.

Расчетные перемещения цепи обката:

1 об. фрезы – об. заготовки,

где k – число заходов червячной фрезы;

z – число зубьев заготовки (нарезаемого колеса).

Уравнение кинематического баланса для цепи обката

1 об. фрезы× i _диф. об. заготовки.

Учитывая, что в данном случае передаточное отношение дифференциала i _диф. = 1, получим формулу настройки гитары обката

.

Зубчатые колеса h и g подбирают следующим образом:

при z ≤ 161, откуда, при, при.

Цепь вертикальной подачи фрезы. Расчетные перемещения для цепи вертикальной подачи:

1 об. заготовки – об. ход. винта.

Уравнение кинематического баланса цепи вертикальной подачи

1 об. заготовки об. ход. винта.

Две пары обратимых (колеса можно менять местами) колес ℓ и m и четыре передачи, переключаемые электромагнитными муфтами М₁ – М₄, позволяют получить 16 ступеней подач. Муфты М₅ и М₆ реверсируют движение подач. Ускоренное вертикальное перемещение фрезы осуществляется от отдельного электродвигателя М 2 (N = 3 кВт, n = 1430 мин^-1) через цепную передачу.

Уравнение перемещения фрезы для цепи ускоренной вертикальной подачи

м/мин.

Нарезание цилиндрических колес с винтовым зубом. При наладке станка исходят из следующих расчетных перемещений

n _мин^-1 об. электродвигателя – n _мин^-1 об. фрезы;

1 об. фрезы – об. заготовки;

1 об. заготовки – об. ход. винта.

Для нарезания цилиндрических колес с винтовым зубом необходим дополнительный поворот заготовки, который суммируется с вращением, необходимым для создания эвольвенты, при помощи дифференциала с коническими колесами z = 27, расположенного на валу XIV. Цепь дифференциала согласовывает вертикальное перемещение каретки от ходового винта вертикальной подачи с вращением стола.

1 об. заготовки – об. ход. винта,

где Т – шаг винтовой линии зубьев заготовки.

Первые три кинематические цепи настраивают так же, как и при нарезании прямозубых цилиндрических колес.

Уравнение кинематического баланса для четвертого расчетного перемещения имеет вид

.

Учитывая, что для этого случая, а также, что для гитары обката, после подстановки данных в уравнение баланса получим

,

где β – угол наклона зуба;

m _н – нормальный модуль нарезаемого колеса, мм;

k – число заходов червячной фрезы.

На станке 53А150 можно нарезать червячные колеса методами радиальной подачи, осевой (тангенциальной) подачи, а также при единичном производстве летучим резцом, настройку станка при этом производят так же, как и при нарезании червячных колес методом тангенциальной подачи.

Нарезание червячных колес методом радиальной подачи. Ось фрезы устанавливают строго горизонтально (см. рис. 11.7, а). Расчетные перемещения

n _мин^-1 об. электродвигателя – n _мин^-1 об. фрезы;

1 об. фрезы – об. заготовки;

1 об. заготовки – об. ход. винта радиальных перемещений.

Движение радиальной подачи в этом случае сообщается столу с заготовкой. Уравнение кинематического баланса цепи радиальных подач (см. рис. 11.9)

.

Внутри червячного колеса 36 расположена гайка, которая получает вращение от вала XXXIХ при включенной муфте М₉, муфта М₁₀ сцеплена под действием пружины, обеспечивая работу до жесткого упора, муфта Т тормозит стол.

Нарезание червячных колес методом тангенциальной подачи. Суть метода заключается в том, что фрезу устанавливают относительно заготовки на полную глубину зуба (по заданному межцентровому расстоянию А) и подача S ₀ осуществляется за счет ее осевого перемещения фрезы (см. рис. 11.7). Для реализации этого метода необходимы следующие движения: вращение фрезы, вращение заготовки (согласованность этих движений формирует в процессе обработки эвольвентный профиль зубьев нарезаемого колеса), осевая подача фрезы, дополнительное вращение заготовки, вызываемое осевым перемещением фрезы.

При обработке червячного колеса с тангенциальной подачей движение передается по цепи тангенциальной подачи ползушке суппорта червячной фрезы. Винт с шагом р = 8 мм (вал XI) получает вращение от вала XXXIII через коническую передачу, блок 36–48, блок реверсирующего устройства 28–32, колеса 70 и 40, валы передачи.

Уравнение кинематического баланса для этой цепи имеет вид

и скорость тангенциальной подачи,

где – передаточное отношение коробки подач (между валами XXVII и XXX),.

При нарезании червячных колес методом тангенциальной подачи сложение вращения заготовки в процессе обката и дополнительного вращения заготовки, вызванного осевым перемещением фрезы, как и при нарезании косозубого колеса, осуществляет дифференциал.

Уравнение кинематического баланса цепи дифференциала при тангенциальной подаче имеет вид

При, формула настройки гитары дифференциала будет иметь вид

,

где m_x – модуль червячного колеса в осевом сечении.

11.4. Станки для обработки конических колес
с прямым зубом

Конические колеса служат для передачи вращения между валами и пересекающимися осями. Их называют угловыми передачами. В наиболее распространенном частном случае, когда угол между осями валов равен 90°, передача называется ортогональной.

Нарезание конических колес можно производить фасонным инструментом методом копирования, остроконечным резцом по шаблону и инструментом с прямолинейными режущими кромками методом обкатки. Первые два метода низкопроизводительны и не обеспечивают необходимой точности нарезания колес. Наиболее точным и производительным является метод обката.

Для нарезания прямых зубьев конических колес используются зубострогальные станки. Принцип образования зубьев при нарезании конических зубчатых колес на зубострогальных станках заключается в следующем: прямолинейные образующие зуба колеса 1 (см. рис. 11.10, а) получаются благодаря главному движению – возвратно-поступательному перемещению пары резцов. Форма зуба в поперечном сечении образуется на одних станках по методу копирования формы шаблонов, на других – по методу обката.

    Рис. 11.10. Нарезание зубчатых колес на зубострогальном станке: а – рабочая зона зубострогального станка; б – схема обкатки заготовки конического колеса с плоским производящим колесом

При нарезании конических колес методом обката на станке воспроизводится зацепление нарезаемого конического колеса с воображаемым производящим колесом. Можно мысленно представить, что заготовка 1 (см. рис. 11.10, б) взаимодействует с плоским производящим колесом 2. У этого теоретического колеса угол начального конуса равен 90°. Оно является предельной разновидностью конического колеса, подобно тому, как форма рейки является предельной для формы цилиндрического зубчатого колеса при радиусе R →∞. Плоское колесо – это кольцевая рейка. При вращении заготовка может перекатываться по неподвижному плоскому колесу; тогда ее ось должна вращаться в пространстве вокруг оси плоского колеса. В реальных конструкциях станков реализована идея, заключающаяся в том, что при вращении заготовки согласованно с ней поворачивается плоское колесо, а оси остаются неподвижными.

На станках плоского колеса нет, но существует узел – люлька, ось поворота которой является осью плоского колеса. На люльке расположены суппорты с резцами. Прямолинейные режущие кромки резцов являются линиями профиля зуба плоского колеса. При поступательном движении кромки описывают в пространстве плоскости – боковые поверхности зубьев плоского колеса. Вращение заготовки и поворот люльки составляют сложное формообразующее движение обката, в результате которого формируется эвольвентный профиль зуба заготовки в поперечном сечении.

Для наладки зубострогальных станков необходимо знать число зубьев производящего колеса z _пр, которое подсчитывают следующим образом. Известно, что у двух конических колес, находящихся в зацеплении, число зубьев прямо пропорционально синусам половины углов начальных конусов, т. е.

,

откуда.

Так как угол γ (угол ножки зуба) мал, то cosγ = 1.

Поэтому можно принять

,

где z – число зубьев нарезаемого колеса;

j – половина угла начального конуса нарезаемого колеса.

Зубострогальный полуавтомат 5236П (см. рис. 11.11). Наибольший диаметр нарезаемого колеса – 125 мм, модуль обрабатываемого колеса – 0,5¸2,5 мм.

Станок работает по методу обката.

На станине 8 (см. рис. 11.11) слева закреплена передняя бабка, внутри которой находится люлька 2 в виде барабана с опорами качения по наружному диаметру. На торце люльки расположены направляющие скольжения для двух суппортов 3, несущих резцы 4. Бабку изделия 6 со шпинделем и насаженной на него заготовкой 5 разворачивают вокруг вертикальной оси относительно стола 7, чтобы обеспечить определенный угол между осями заготовки и люльки (плоского колеса).

Цикл обработки одного зуба состоит из следующих движений: подвод стола с заготовкой к резцам; рабочий ход люльки, которая поворачивается медленно и согласованно с заготовкой (обкат); быстрый отвод стола; реверсирование люльки – ускоренный вспомогательный ход ее (возврат в исходное положение) при неизменном вращении заготовки (движение деления). Далее следует повторение цикла для обработки другого зуба. Счетчик циклов выключает станок после обработки всех зубьев.

.   Рис. 11.11. Зубострогальный полуавтомат 5236П

Инструменту И (резцам) (см. рис. 11.12) сообщает главное движение от асинхронного электродвигателя М 1 через ременную передачу и систему зубчатых передач, центральный вал IV люльки Л. Кривошипно-шатунный механизм КМ преобразует вращение в возвратно-качательное движение рычага Р1 вокруг оси V. Следующие затем кулисные механизмы создают возвратно-поступательное движение ползунов П1 и П2 с резцами.

  Рис.11.12. Кинематическая схема зубострогального полуавтомата 5236П

Уравнение кинематического баланса цепи главного движения –

дв. ход/мин.

Отсюда формула настройки имеет вид

.

Для этой гитары предусмотрены сменные колеса со следующим числом зубьев: 31, 36, 41, 47, 53, 59, 64, 69. Условие сцепляемости: a + b = 100.

В данном станке нет специального механизма, сообщающего заготовке отдельное движение деления. Шпиндель непрерывно вращается с постоянной для данной наладки угловой скоростью. Переход к следующему зубу происходит путем поворота шпинделя на некоторый угол, пока люлька возвращается в исходное положение. При черновой обработке следующий зуб – соседний, т. е. число зубьев, на которое заготовка должна повернуться для деления z_i = 1. При этом угол обката, выражаемый через угол q качания люльки, мал и недостаточен для полного профилирования нарезаемого зуба.

Для увеличения угла качания люльки при чистовой обработке переходят к очередному зубу, пропуская несколько зубьев, причем z_i не должно иметь общих множителей с числом зубьев z нарезаемого колеса. В противном случае после некоторого числа делений резцы повторно будут попадать в уже обработанные впадины, а часть зубьев останется необработанными. Например, при z = 24 и z_i = 4 будут обработаны лишь зубья с порядковыми номерами 1 – 5 – 9 – 13 – 17 – 21.

За время цикла обработки, при котором обрабатывается очередной зуб, заготовка 3 повернется на часть оборота, равную, а распределительный вал XXIV – на один оборот. Исходя из этих расчетных перемещений настраивают цепь, включающую валы XXIV, XXIII, VIII, IX, X, XVII, …, XXII.

Уравнение кинематического баланса цепи деления

об. заготовки.

Отсюда формула настройки гитары деления

.

Цепь согласования движений заготовки 3 и люльки Л называют цепью обката. В нее входят: шпиндель заготовки XXII, червячная пара, гитара деления, конические зубчатые передачи (последнее из колес – на валу X – показано также на развертке по валам), цилиндрические зубчатые колеса 61–62–61, ведущее колесо 20 реверсирующего механизма (на валу XII) наружный зубчатый венец 120 составного колеса, зубчатое колесо 24 на валу XIV, сменные колеса гитары обката g, h, k, ℓ, червячная передача, люлька Л.

При повороте производящего колеса z _пр на один зуб обрабатываемое колесо z также должно повернуться на 1 зуб, что отражается следующими расчетными перемещениями

.

Уравнение кинематического баланса имеет вид

.

С учетом формулы настройки гитары деления и выражения получается формула настройки гитары обката

.

Выбор z_i связан с углом поворота люльки q при обкате. Этот угол соответствует рабочей частоте цикла, на которую отводится 160° поворота распределительного вала. Из расчетных перемещений 160° поворота распределительного вала – q° поворота люльки вытекает уравнение кинематического баланса

.

Отсюда найдем выражение для передаточного отношения гитары сменных колес и приравняем его к полученному выше

,

откуда

Угол q при обработке меньшего колеса конической передачи зависит от передаточного отношения i пары нарезаемых (сопряженных) колес:

i	…	1:1	1:2	1:3	1:4	1:5	1:6
q	…

При обработке бóльшего колеса q =70°.

Скорость движения обката регулируют бесступенчато электродвигателем М 2, исходя из времени рабочей части цикла. Для наладки необходимого времени цикла вращают рукоятку потенциометра до тех пор, пока тахометр не покажет частоту вращения, соответствующую заданному рабочему времени t _р в карте наладки. Таблица соответствия частоты вращения электродвигателя подачи (n _мин^–1) рабочему времени цикла t _р приведена в паспорте станка.

Управление необходимыми переключениями в течение цикла осуществляется распределительным валом (см. рис. 11.12), который за цикл совершает один оборот. Конструктивно он выполнен из двух частей (валы XXIV и XXV), соединенных между собой кинематической цепью с передаточным отношением 1:1, и включает: вал XXIV, червячную передачу, вал XXV. Кулачки К₂ и К₃ управляют движением стола, К₄ воздействует на микропереключатель счетчика циклов (числа нарезанных зубьев) для остановки полуавтомата после обработки всех зубьев и К₅ переключает электродвигатель постоянного тока М 2 с рабочей на ускоренную частоту вращения. Кулачок К₁ расположенный на валу XXV, управляет реверсом.

Реверсирующий механизм (см. рис. 11.13) по окончании движения обката возвращает люльку в исходное положение. В основе конструкции механизма – составное колесо, имеющее наружный (z = 120) и внутренний (z = 80) зубчатые венцы, представляющие собой зубчатое колесо. На половине его ширины в пределах четверти окружности выполнен вырез и добавлены зубчатые полукольца 20(10), сопрягающие наружный и внутренний венцы. В результате образовывался подковообразный участок. Вал XII колеса 20 закреплен в рычаге Р2, который может поворачиваться вокруг оси XI и смещаться вдоль нее кулачком К₁.

    Рис. 11.13. Реверсирующий механизм с составным зубчатым колесом  

Ведущее колесо 20 механизма имеет постоянное направление вращения и во время рабочего хода люльки зацепляется с кольцевым участком наружного венца составного колеса (последнее при этом совершает пять оборотов). Затем ведущее колесо переключается на внутренний венец. Для этого оно перемещается кулачком К₁ вдоль зубьев составного колеса, переходя на подковообразный участок. Наружный венец переходит в полукольцо 20(10), обкатываясь по которому, ведущее колесо оказывается на внутреннем венце подковы, при этом рычаг Р2 поворачивается, переводя вал XII из положения XIIа в положение XIIв. Кулачком К₁ колесо 20 возвращается на кольцевой участок составного колеса, сохраняя внутреннее зацепление.

Замена внешнего зацепления внутренним приводит к реверсированию ведомого звена – составного колеса – и всех последующих звеньев, включая люльку. При этом скорости поворота люльки на обратном ходу становятся больше из-за меньшего диаметра внутреннего венца. За время обратного хода составное колесо поворачивается также на пять оборотов. Далее ведущее колесо возвращается к наружному венцу, для чего осевым движением оно сдвигается на подковообразный участок, снова обкатывается по полуколесу и возвращается на кольцевой участок.

Дата добавления: 2014-12-29