Зубообрабатывающие станки

Рис. 3.2. Способы обработки зубчатых колес на зубофрезерных станках методом обката: - движение подачи; - ускоренный ход; --- - перемещение суппорта (при наложении движения); - точка включения; lт - тангенциальное перемещение фрезы; lп - продольное перемещение; lд - диагональное перемещение; lк и lр - конусное и радиальное перемещение; lб

-сферическое (конусно-сферическое) перемещение; lо - шаг осевой передвижки фрезы; l1 и l3

-размеры врезания; l2 и l4 – перебеги

74

При фрезеровании червячных колес выбор типа червячной фрезы зависит от вида профиля червяка и от используемого метода фрезерования: с радиальным (рис. 3.2, д) или тангенциальным (рис. 3.2, е) движениями подачи. При радиальном врезании (рис. 3.4, а) оси заготовки и инструмента сближаются до тех пор, пока червячная фреза не углубится на полную высоту профиля. При тангенциальном врезании (рис. 3.4, б) межосевое расстояние А устанавливают перед обработкой и в последующем не меняют.

Основная часть припуска снимается заборным конусом фрезы, а цилиндрическая часть фрезы выполняет калибрующую обработку, обеспечивая требуемые размеры колеса. Неизменность межосевого расстояния в процессе обработки, наличие на фрезе калибрующей части делают метод нарезки тангенциальным врезанием более точным по сравнению с радиальным. В единичном производстве червячное колесо можно нарезать фрезой - летучкой, имеющей один режущий зуб, выполненный по профилю рейки и вставленный в оправку, которую закрепляют в шпинделе станка (рис. 3.5). При этом также используется метод тангенциального врезания.

Рис. 3.3. Установка шпинделя фрезы относительно нарезаемых цилиндрических колес:

а - при разноименных направленных винтовых линий на фрезе и на колесе; б - при одноименных направлениях винтовых линий на фрезе и на колесе; в - прямозубых; φ - делительный угол подъема линии витка фрезы; ψ - угол наклона суппорта фрезы

75

Рис.3.4. Схемы нарезания червячных колес червячной фрезой: а - с радиальным врезанием; б - с тангенциальной подачей инструмента

Рис. 3.5. Схема нарезания червячного колеса однозубой фрезой

Размеры зубофрезерных станков определены размерным рядом в виде геометрической прогрессии, который образуют наибольшие диаметры обрабатываемых колес. Выпускают станки с размерами: горизонтальные - 80, 125, 200, 320, 500, 800 и 1250 мм; вертикальные - 125, 200, ..., 12500 мм. Основные параметры и размеры горизонтальных станков регламентированы ГОСТ 18065-91, вертикальных - ГОСТ 659-89.

76

При соблюдении общепринятых условий работы может обеспечиваться следующая точность нарезаемых колес (по показателям точности, зависящим от станка):

-станки классов Н, П могут обеспечить обработку колес по 7...5-й степени точности (ГОСТ 1643-81) при работе червячными фрезами и 9...8-й - при работе дисковыми и пальцевыми фрезами;

-станки классов В, А и С при обработке червячными фрезами колес модуля до 12 мм позволяют получить степени точности 4...2. Мастер – станки, представляющие собой модификации станков класса С, при обработке червячных колес могут обеспечить степень точности 1.

Небольшие и средние универсальные станки (с наибольшим диаметром обрабатываемого колеса до 800-1250 мм) имеют компоновку с неподвижной стойкой (рис. 3.6, а) и подвижным столом. Станки больших размеров, а также станки с автоматической загрузкой заготовок имеют, как правило, компоновку с подвижной стойкой и неподвижным столом (рис. 3.6, б). Последняя обеспечивает бóльшую жесткость упругой системы станка и лучшие условия для автоматизации.

Применяют два вида структур управления зубофрезерными станками с ЧПУ: управление с ведущей координатой (вращение фрезы) или без нее.

В первом случае (рис. 3.7) датчик Дв фрезы является задающим, а скорости всех остальных координат устанавливаются с учетом сигнала датчика фрезы. Такая схема облегчает задачу обеспечения точности слежения, так как скорость фрезы может изменяться.

77

Рис. 3.6. Компоновки вертикальных зубофрезерных станков с подвижным столом (а) и с подвижной стойкой (б): 1 - стол; 2 - станина; 3- стойка; 4 - фрезерный суппорт; 5 - задняя стойка

При нарезании косозубого колеса червячной фрезой на станке с ЧПУ движения формообразования записываются так же, как при бездифференциальной настройке, ФV(В1В2±В4) И ФS(П3).

Вкинематической группе движения формообразования ФV(В1В2±В4)

78

электродвигатель МС → 3 → 4 → K3/Z4 червячной передачи → (В2±В4). Внешней связью - цепь: электродвигатель Мв → 1 → 2 → Z1 Z2 .

В кинематической группе движения подачи ФS(П3) внутренней связью является поступательная кинематическая пара между кареткой и направляющими стойки, а внешней - цепь: Mz → 5 → 6 - передача винтгайка - каретка (ПЗ).

Органы настройки кинематических групп на все требуемые параметры заложены в У ЧПУ.

Аналогично выполняется анализ кинематических групп для нарезания на станке червячных колес способами радиального и тангенциального врезания.

Во второй структуре (рис. 3.8) связанные координаты одинаково управляются от устройства ЧПУ (УЧПУ) по заданной программе и нужно обеспечить высокую стабильность частот их вращения. Для согласования вращения фрезы и стола в этом случае информация об их фактическом положении, получаемая от датчиков 1 и 10, должна постоянно сравниваться. Для этого служит фазовый дискриминатор 8. Частоты импульсов от датчика фрезы 1 и от датчика стола 10, подаваемые на фазовый дискриминатор, равны между собой независимо от изменения числа нарезаемых зубьев. Это обеспечивается в результате преобразования входного сигнала датчика фрезы микропроцессором 9, настроенным на расчетное соотношение скоростей фрезы и стола (в соответствии с исходными данными). В фазовом дискриминаторе происходит сравнение сигналов по фазе, и импульсно-аналоговый преобразователь 7 вырабатывает корректирующий сигнал uk, пропорциональный величине рассогласования.

79

Рис. 3.8. Структурная схема зубофрезерного станка с ЧПУ (без ведущей координаты)

Этот сигнал складывается в суммирующем усилителе 6 с путевым сигналом us привода стола, поступающим от блока управления приводами 5. Преобразователи 2, 3, и 4 осуществляют управление приводами координат станка соответственно В, Z и С (рис. 3.9). Приводы координат X и Y на структурной схеме не показаны.

Рис.3.9. Компоновка зубофрезерного станка с ЧПУ

81

Частота корректирующего сигнала fк, рассчитываемая микропроцессором и подаваемая на фазовый дискриминатор, определяется в соответствии с

измерительного преобразователя, установленного на фрезе, М - коэффициент, зависящий от вида обрабатываемого колеса.

Для прямозубого и червячного (радиальное врезание) колес, колес с

Таким образом, для зубофрезерных станков с ЧПУ, работающих по методу обката червячной фрезой, можно выделить пять основных циклов:

1) обработка одновенцовых (прямозубых и косозубых) колес (см. рис. 3.2,

а-г);

2)обработка прямозубого блока зубчатых колес (см. рис. 3.2, и);

3)обобщенный цикл обработки червячного колеса (см. рис. 3.2, д- е);

4)обработка одновенцовых колес с бочкообразным зубом (см. рис. 3.2, л-

м);

5) обработка одновенцовых колес с конусным зубом (см. рис. 3.2, к).

На базе пяти обобщенных циклов обработки осуществляется формирование модификаций циклов обработки с заданием величин и знаков перемещений.

При зубофрезеровании система ЧПУ должна обеспечить строго согласованное движение по всем координатам в сочетаниях, определяемых типом зубчатого колеса. Взаимосвязанное вращение приводов по координатам В, С и Z используют для обработки цилиндрических колес; по координатам В, С и Y - червячных колес (тангенциальное врезание); по координатам В, С, X и Z - колес с конусным и бочкообразным зубом.

В задачу системы ЧПУ входит расчет скоростей перемещений на основании заданных в программе обработки параметров зубчатого колеса, а также на основании информации о принятом цикле обработки. Например, при разомкнутой кинематической связи между координатами должны быть

82

установлены следующие частоты для обработки косозубых и прямозубых колес:

где fс, fz и fв - частоты управления приводами соответствующих координат, Гц; Рв и Pc - число пар полюсов резольвера, установленного на двигателе перемещений по координатам В и С соответственно; КВ и KС - число импульсов на один оборот для фотоимпульсного измерительного преобразователя или коэффициент деления фазы для вращающегося трансформатора или резольвера, установленного на двигателе соответствующей координаты; iВ и iС - передаточные отношения механизма привода фрезы и стола станка соответственно; z- дискретность перемещения по координате Z, мм; nф - частота вращения фрезы, мин-1.

Дискретностью перемещения по координате называют величину перемещения конкретного исполнительного органа, отнесенную к одному импульсу, отсчитываемому датчиком обратной связи. В общем случае дискретность определяется по формуле

= iP ,

Kимп N

где i - передаточное отношение цепи от датчика до исполнительного органа;

Кимп - число импульсов за один оборот датчика; "N" - электрическое умножение числа импульсов в устройстве ЧПУ; Р - шаг ходового винта.

Расчеты по приведенным формулам должны быть выполнены с точностью до шестого знака после запятой для исключения накапливания погрешности в процессе обработки.

Зубофрезерный полуавтомат мод. 53А50КФ4 предназначен для нарезания цилиндрических и червячных колес, а также зубчатых колес с бочкообразным и конусным зубьями в условиях единичного и мелкосерийного производства. Фрезерование зуба производится методом обката или методом единичного деления. Данный полуавтомат выпускают на базе полуавтомата мод. 53А50. Класс точности станка — П. Станок управляется системой ЧПУ, выполненной на базе трехкоординатного устройства цифровой индикации УЦИ К524 и электронного блока синхронной связи (БСС). Конструктивно УЦИ К524 (рис. 3.10) выполнено в пылевлагозащищенном корпусе 1. На лицевой стороне панели расположен основной индикатор 2 для трёх координатных осей X, Y и Z, вспомогательный индикатор 3 для визуального контроля за содержанием кадра

83