Зубообрабатывающие станки

5. Описание кинематической структуры станка

Станок (рис. П2.2) предназначен для нарезания червячными фрезами цилиндрических прямозубых и косозубых колес при встречном и попутном фрезеровании, и червячных колес m≤2,5 мм и D≤125 мм радиальным и тангенциальным врезанием. На станке возможно нарезание цилиндрических колес и методом диагональной (комбинированной) подачи.

Для увеличения стойкости фрезы на станке может быть осуществлен цикл работы с автоматической периодической тангенциальной передвижкой фрезы в период снятия нарезанного колеса и установки новой заготовки.

Станок может работать в режимах наладочном и полуавтоматическом, при котором вручную осуществляется только установка и зажим заготовки, а также снятие нарезанного колеса.

Нарезание цилиндрических колес при полуавтоматическом режиме работы станка может производиться по следующим циклам.

1.Радиальное врезание и продольная подача.

2.Радиальное врезание и продольная подача с периодической тангенциальной передвижкой фрезы.

3.Тангенциальное врезание и продольная подача.

4.Тангенциальное врезание и продольная подача с периодической тангенциальной передвижкой фрезы.

5.Радиальное врезание и диагональная подача

6.Тангенциальное врезание и диагональная подача.

В данной лабораторной работе выполняется цикл радиального врезания и продольной подачи при встречном фрезеровании.

64

65

Компоновка станка — вертикальная (вертикальна ось изделия), шпиндель изделия размещен в консоли стола, которая перемещается в вертикальном направлении и осуществляет тем самым продольную подачу заготовки. Фрезерный суппорт, несущий шпиндель фрезы, расположен на фрезерной стойке, которая перемещается в горизонтальном направлении и осуществляет тем самым радиальное врезание или изменение межосевого расстояния при наладке станка. Общая кинематическая структура станка состоит из нескольких частных структур, используемых при нарезании различных колес в соответствующих полуавтоматических циклах.

При нарезании косозубых цилиндрических колес с использованием радиального врезания при встречном (или попутном) фрезеровании в работе участвуют следующие кинематические группы: формообразующие группы движения скорости резания Фv(В1В2) и подачи Фs(ПзВ4), группа движения радиального врезания Bp(П5) и группа вспомогательного движения тангенциальной передвижки фрезы Всп(П6) в период снятия нарезанного колеса. Здесь обозначены движения: B1— вращение шпинделя фрезы; В2 и В4 — вращение шпинделя изделия соответственно в группах Фv и Фs; П3 - вертикальное перемещение консоли стола (продольное перемещение заготовки); П5 - горизонтальное перемещение фрезерной стойки (радиальное перемещение фрезы); П6 - перемещение фрезерного суппорта (тангенциальная передвижка фрезы).

Группа движения Фv(В1В2) сложная. Внутренняя кинематическая связь этой группы состоит из следующей цепи: шпиндель фрезы (В1) → 78/24 →

шпиндель изделия (В2).

Внешняя связь группы Фv(В1В2) начинается от электродвигателя M1 и включает в себя ременную передачу iv со сменными шкивами. Телескопический вал, на котором расположен ведомый шкив, является звеном присоединения внешней кинематической связи к внутренней.

Группа Фv(В1В2) создает сложное движение с замкнутой траекторией, которое должно настраиваться по 3 параметрам: на траекторию — гитарой iдел, на скорость — сменными шкивами iv, а на направление не настраивается в связи с тем, что фреза всегда должна вращаться в таком направлении, при котором стружка отбрасывается вниз.

Группа движения ФS(П3В4) сложная. Внутренняя кинематическая связь этой группы включает в себя: перемещение фрезы (Пз) → ходовой винт с шагом t=2π→ передачи 42/42 → 50/2 → гитару дифференциала iдиф → передачи 58/58 → 2/40 → суммирующий механизм ∑→ передачи 20/20 → 42/42 → 20/20 → гитару деления (обката) iдел →червячную передачу 1/60 → шпиндель изделия (В4).

66

Внешняя связь группы ФS(П3В4) начинается от электродвигателя М2 и включает в себя: коробку подач is → муфту ЭМ1 → реверс P (передачи 60/60 или 53/48, 48/53) → муфту М1 → коническую передачу 20/20. Телескопический вал, на котором расположено ведомое колесо этой передачи, является звеном присоединения внешней кинематической связи к внутренней. Группа ФS(П3В4) создает сложное движение с незамкнутой траекторией, которое настраивается по пяти параметрам: на траекторию — гитарой iдиф, скорость - is, на направление - реверсом P, на исходное положение и путь — установкой упоров конечных выключателей вручную.

Группы Фv(В1В2) и ФS(П3В4) имеют общее исполнительное звено - шпиндель изделия, совершающий в каждой из групп соответственно движения В2 и В4. Так как формообразующие группы Фv(В1В2) и ФS(П3В4) работают одновременно, то и шпиндель, следовательно, должен совершать суммарное движение В2±В4. Поэтому эти группы соединены параллельно с помощью суммирующего механизма (дифференциала) ∑.

Группа движения Bp(П5) — простая. Она обеспечивает перемещение фрезы к заготовке в радиальном направлении. Внутренняя кинематическая связь этой группы состоит из поступательной кинематической пары между фрезерной стойкой и горизонтальными направляющими станины.

Внешняя связь группы Bp(П5) начинается от гидроцилиндра ГЦ1 и включает в себя клиновой механизм, толкатель которого выполнен в виде винта (t = 3 мм) с гайкой, жестко закрепленной в фрезерной стойке, совершающей движение (П5).

Группа Вр(П5) создает простое движение с незамкнутой траекторией, которое должно настраиваться по 4 параметрам: на скорость — изменением расхода масла, поступающего в ГЦ1, на исходное положение — вращением вручную винта-толкателя через передачу 26/78, на путь — установкой вручную упора (гайки), ограничивающего ход кулачка, и на направление. Последний параметр (направление) не настраивается, т.к. врезание всегда направлено к оси заготовки.

Группа движения Всп(П6) — простая. Она обеспечивает периодическую тангенциальную передвижку фрезы. Внутренняя связь этой группы состоит из поступательной кинематической пары: салазки фрезерного суппорта — направляющие на его поворотной части.

Внешняя связь группы Всп(П6) : гидроцилиндр ГЦ3 → реечная передача (рейка-колесо z = 17) → гитара передвижки фрезы iт → передачи 27/30 → 1/35 →56/24→22/33→ винт тангенциальной передвижки с шагом t=π (мм) с гайкой, жестко закрепленной в салазках фрезерного суппорта (П6).

Группа Всп(П6) создает простое движение с незамкнутой траекторией, которое должно настраиваться по 4 параметрам; на исходное положение— установкой фрезы па оправке, на путь — гитарой тангенциальной передвижки iт, на направление —установкой ведущей шестерни гитары iт на один из двух

67

валов, вращающихся в разные стороны. На скорость это движение не настраивается, т.к. оно осуществляется после нарезания и совмещается с ускоренными перемещениями салазок стола и фрезерного суппорта.

Ускоренное перемещение фрезерной стойки П7 осуществляется гидроцилиндром ГЦ2. Ускоренные перемещения стола в продольном и фрезерного суппорта в тангенциальном направлениях осуществляются от двигателя М2 через участок цепи, содержащий муфту ЭМ2 и реверс Р, а далее соответственно через муфту M1 к ходовому винту стола и через муфту М2 к ходовому винту фрезерного суппорта.

6. Расчетные данные

6.1. Частота вращения фрезы nф мин-1 определяется по формуле:

1000V

5Ф = πd

где d— диаметр фрезы, мм,

V— скорость резания (м/мин), которая выбирается по таблице 2.2.

Нижние пределы берутся при фрезеровании по целому (без предварительной прорезки впадин). По найденному значению nф выбирается ближайшая частота из следующего ряда частот, которые можно получить на станке: 100,125,160, 200, 250, 315, 400, 500, мин-1.

Выбранное значение nф должно удовлетворять неравенству nф ≤ 45 Z мин-1.

k

Если неравенство не удовлетворяется, то следует принять ближайшее меньшее значение nф. Частота вращения фрезы настраивается сменными шкивами iv

2.2. Таблица режимов резания

6.2. Минутная продольная подача стола SM определяется через оборотную подачу2об по следующей формуле:

68

2м = 2об ∙ 5Ф ∙ W

заг

где 2об −оборотная подача, определяется по формуле:

2об = (0,5 ∙ 1 + 0,001 ∙ заг)&Z[\.

По найденному значению Sм выбирается ближайшая подача из следующего ряда подач, которые можно получить на станке: 0,35; 0,50; 0,72; 1; 1,45; 2; 2,90; 4,10; 5,80; 8,20; 11,7; 16,5; 23,5; 33,5; 47 (мм/мин)

6.3.Скорость радиального врезания Sp пропорциональна продольной подаче SM и определяется по формуле: Sp= SM/3.

6.4.Глубина врезания равна высоте h нарезаемого зуба и определяется зависимостью: h=2,25m (мм).

6.5.Угол наклона ] шпинделя фрезы определяется по формуле

]=β+φ,

где β - угол наклона зуба нарезаемого колеса (при правом направлении наклона зуба значение угла β брать со знаком минус, при левом - со знаком плюс); φ - угол подъема витков фрезы (при правом направлении витков значение угла φ брать со знаком плюс, при левом — со знаком минус).

Если ]>0, то при наладке станка фрезерный суппорт наклоняют по часовой стрелке, при ] < 0 — против часовой стрелки.

Величина периодической тангенциальной передвижки фрезы ∆lт определяется по формуле

При работе фрезой с левым направлением витков в гитару дополнительно устанавливают паразитную шестерню.

7.2. Гитара дифференциала

2[(5\ (диф = 1W

При разноименных направлениях винтовых линий нарезаемого зуба и фрезы в гитару дополнительно устанавливают паразитную шестерню.

Гитара периодической тангенциальной передвижки фрезы:

69

(т = 4 ∙ ∆7т

8. Принадлежности станка

8.1. Сменные шкивы iv имеют следующие диаметры:

80, 90, 105, 120, 135, 150, 165, 180, 195 и 200 (мм).

Диаметры шкивов ременной передачи, соответствующие определенным частотам вращения фрезы, указаны в таблице на станке.

8.2. Сменные колеса гитар iдел,iдиф и iT имеют числа зубьев: 30, 34, 35, 37, 38, 40, 41, 42, 45, 46, 47, 48, 50, 53, 54, 55, 57, 58, 59, 60, 60, 60, 61, 62, 65, 67, 68, 70, 71, 71, 73, 74, 75, 78, 79, 80, 80, 82, 83, 85, 86, 88, 89, 90, 92, 95, 96, 97, 98, 100.

Так как набор колес общий, одновременное применение одних и тех же колес в разных гитарах недопустимо

Гитары iдел и iдиф — двухпарные с передвижным промежуточным валом и возможностью установки паразитного колеса.

Условия сцепляемости колес в гитарах.

(дел: $ + % > & + 26; 94 ≤ $ + % ≤ 122; $ + % + & + ' ≥ 213 (диф: $ ≤ 75; & + ' > % + 26; 90 ≤ $ + % ≤ 166; $ + % + & + ' ≥ 201

Гитара iт - двухпарная с неподвижными осями. В каждой паре ∑Z=90. Гитара имеет два ведущих вала, связанных между собой и используемых при разных направлениях тангенциальной передвижки фрезы.

Погрешность передаточного отношения гитар деления и дифференциала не должна превышать 3-х единиц в пятом знаке после запятой. Погрешность передаточного отношения гитары тангенциальной передвижки фрезы не должна превышать одной десятой.

9. Краткие указания по наладке станка

Наладка станка производится в такой последовательности:

9.1.Обесточить станок при помощи вводного выключателя, расположенного на задней стенке станка.

9.2.Установить сменные шкивы и сменные колеса в гитары iдел, iдиф и iT. По окончании данного этапа работы сообщить об этом дежурному механику (лаборанту) и под его руководством продолжить наладку.

9.3.Включить вводный выключатель и установить наладочный режим работы станка.

9.4.Установить в коробке подач требуемое значение минутной подачи.

9.5.Установить фрезу.

9.6.Установить требуемый наклон фрезерного суппорта.

70

9.7.Установить заготовку.

9.8.Установить требуемое межцентровое расстояние.

9.9.Установить величину и скорость радиального врезания.

9.10.Установить полуавтоматический цикл режима работы станка для нарезания косозубого колеса при радиальном врезании и встречном фрезеровании.

Контрольные вопросы.

1.Вывести формулы настройки гитар (дел и (диф.

2.Что и почему необходимо изменить в наладке станка при замене фрезы с правым направлением витков на фрезу с левым направлением витков?

3.Что и почему необходимо изменить в наладке станка при изменении направления винтовой линии зуба нарезаемого колеса с правого на левое?

4.Каково назначение суммирующего механизма (дифференциала) в станке?

5.Можно ли осуществить бездифференциальную настройку станка для нарезания косозубого колеса червячной фрезой, и в чем будет отличие такой настройки от дифференциальной?

6.С помощью каких производящих линий и какими методами образуются боковые поверхности зуба косозубого колеса?

7.С помощью каких производящих линий и какими методами образуются боковые поверхности зуба червячных колес при нарезании их способами радиального и тангенциального врезания?

8.Покажите на станке внутренние и внешние связи кинематических групп и исполнительных движений при нарезании цилиндрических колес всеми существующими на станке способами, звено соединения этих связей и органы настройки.

9.Определить и показать на станке внутренние и внешние связи кинематических групп движений, участвующих в обработке червячных колес.

71

3. ОСОБЕННОСТИ ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ С ЧПУ

Системы числового программного управления (ЧПУ) зубообрабатывающими станками стали развиваться позже, чем системы ЧПУ другими станками. Это обусловлено сложностью согласования движений механизмов станка при электронных связях между ними, необходимостью управления пятью и более координатами. Только создание микропроцессорных систем ЧПУ позволило снять ограничение по числу управляемых координат, повысить точность станков. Так, в зубофрезерных станках с ЧПУ, как правило, предусматривается осевая передвижка фрезы, установка с пульта управления или от управляющей программы длины перемещения фрезерных салазок, межосевого расстояния между фрезой и заготовкой, угла наклона суппорта, числа нарезаемых зубьев и режимов резания. Предусматривается также возможность обработки зубьев с различной модификацией (например, бочкообразной, конусообразной и т.п.), а на некоторых станках автоматическая смена заготовки и инструмента.

3.1. Особенности кинематических структур зубофрезерных станков с ЧПУ

Системы ЧПУ, электронная синхронизация движений и коррекций применяются практически на всех типах зубообрабатывающих станков. Упрощенная схема обработки цилиндрического колеса червячной фрезой на зубофрезерном станке с ЧПУ приведена на рис. 3.1. Стрелками на рисунке показаны направления перемещения исполнительных звеньев станка по координатам, а в скобках обозначены электродвигатели М и датчики Д для этих перемещений. Согласование вращений фрезы (координата В) и стола (координата С) обеспечивается системой ЧПУ.

На рис. 3.2 указаны важнейшие способы фрезерования методом обката, осуществляемые на универсальных зубофрезерных станках. При этом методе применяется в основном способ продольной (вдоль оси заготовки) подачи (рис. 3.2, а, б, в, г).

72

Рис 3.1. Схема обработки на зубофрезерном станке с ЧПУ.

При зубофрезеровании способом диагональной подачи (рис. 3.2, ж) червячная фреза одновременно выполняет движение подачи в продольном и тангенциальном (вдоль оси инструмента) направлениях. При этом зона максимальной механической и температурной нагрузки на режущие кромки перемещается в направлении оси фрезы, что снижает износ, позволяет использовать всю рабочую длину фрезы и осуществлять обработку на предельных режимах резания. Применяют также периодическое перемещение отведенной от заготовки фрезы вдоль своей оси после окончания обработки (рис. 3.2, з), что позволяет вести последующее фрезерование новым рабочим участком и повысить стойкость инструмента и качество обработки.

Зубчатые колеса с модифицированным по длине зубом (рис. 3.2, к, л, м) - колеса с малым углом конуса при вершине, колеса с бочкообразным зубом - обрабатывают с использованием движения подачи по двум направлениям. При этом продольная подача назначается технологически необходимой, а скорость движения второй подачи (радиальной) зависит от первой и изменяется по определенному закону в целях получения заданной траектории перемещения инструмента.

При нарезании косозубых колес ось фрезы устанавливают таким образом, чтобы направление витков червячной нарезки совпадало с направлением зубьев обрабатываемого колеса (рис. 3.3).

73