3. Методика изучения теоретических вопросов

Прежде всего необходимо вспомнить из раздела «Кинематика станков», что для образования боковой поверхности зуба, как и любой поверхности, необходимы образующая и направляющая производящие линии. Эти линии образуются согласованными движениями заготовки и инструмента. Если режущая кромка инструмента по форме и протяженности одинакова с образующей линией, то образование этой линии осуществляется методом копирования. Студент должен знать, что этим методом нарезаются зубчатые колеса с использованием дисковых и пальцевых модульных фрез на фрезерных станках (с периодическим поворотом заготовки с помощью делительной головки).

В данной же лабораторной работе осуществляется нарезание зубчатого колеса по методу обката и касания (образующая линия - эвольвента - получается по методу обката, а направляющая - по методу касания).

Студент должен иметь представление (если вопрос подробно не освещен еще в лекции по курсу «Проектирование и производство режущего инструмента»), что на зубофрезерных станках нарезание зубчатых колес осуществляется червячными фрезами. Такая фреза представляет собой совокупность исходных режущих реек ( зуборезных гребенок), расположенных на цилиндре и смещенных одна относительно другой по винтовой линии. Эвольвентная линия профиля зуба получается как огибающая последовательных положений, занимаемых режущей кромкой инструмента (рис.3.1).

Чтобы получить прямолинейным режущим лезвием эвольвентный профиль зуба, в станке нужно создать формообразующее движение обката (оно же движение скорости резания) Ф_V (В₁В₂), в котором за 1 оборот фрезы (элементарное движение В₁) заготовка поворачивается на оборотов (элементарное движение В₂) - см.рис.3.2,а. Здесь и в дальнейшем принято: К - число заходов фрезы, Z - число зубьев нарезаемого колеса. Движение обката аналогично движению в червячной передаче. Движение деления в зубофрезерных станках совмещается с движением обката, поэтому за один оборот заготовки образуются профили на всех зубьях (на некоторой части длины зубьев). Форма зуба на длине образуется простым движением подачи Ф_S (П₃).

При движениях, показанных на рис. 3.2, а, нарезаются прямозубые колеса. Чтобы понять принцип нарезания колес с винтовым зубом, следует обратиться к рис. 3.2, б. Движение скорости резания остается таким же - Ф_V (В₁В₂), а движение подачи будет Ф_S (П₃В₄); это последнее движение за один оборот заготовки (элементарное движение В₄ ) обеспечивает перемещение фрезы вдоль оси заготовки на величину шага винтовой линии зуба нарезаемого колеса (элементарное движение П₃).

Необходимо также усвоить и принцип нарезания червячных колес на зубофрезерных станках методом радиальной (рис.3.2,в) и тангенциальной (рис.3.2,г) подачи. При первом методе имеет место движение: скорости резания Ф_V (В₁В₂) и радиального врезания В_р(П₃) - до достижения фрезой заданного межосевого расстояния. При втором методе имеет место движение Ф_V (В₁В₂) и Ф_S (П₃В₄). Последнее движение соответствует движению в реечной передаче : за время перемещения фрезы на L мм (элементарное движение П₃) заготовка должна повернуться на оборотов (элементарное движение В₄). Здесь m и Z - модуль и число зубьев червячного колеса.

В единичном производстве возможно нарезание червячных колес методом тангенциальной подачи летучим резцом, закрепленным на оправке (рис.3.2,г). В этом случае не нужна дорогостоящая фреза, но производительность невысока вследствие необходимости снижать подачу.

Изучив принцип нарезания цилиндрических и червячных колес, можно перейти к более сложному вопросу - рассмотрению кинематической структуры зубофрезерного станка.

В зависимости от вида нарезаемого колеса и метода обработки необходимо рассмотреть типовые частные структуры зубофрезерного станка.

На рис.3.3,а показана типовая частная структура станка при нарезании цилиндрического колеса с винтовым зубом. Группа движения скорости резания обеспечивает движение Фv(В₁В₂); внутренняя связь этой группы:

В₁ 3 2 4 5 i_х 6 9 В₂; внешняя связь: М₁ i i_м Р₁ 2. Движение скорости резания в данном случае сложное, с незамкнутой траекторией; настройка его: на траекторию – гитарой i_х, на скорость – гитарой i_v, на направление – реверсом Р₁.

Кинематическая группа подачи создает движение Ф₃(П₃В₄). Внутренняя связь представлеят собой цепь между вертикальным ходовым винтом ВВ 1и столом: П₃ P₁ 10 i_у Р₂ 11 5 i_х 6 7 8 9 В₄; внешняя связь: М₁ i i_v Р₁ 2 4 5 i _х 6 i_s Р₃ 10. Движение – сложное, с незамкнутой траекторией; настройка его осуществляется по пяти параметрам: на траекторию – гитарой дифференциала i_х и реверсом Р₂ (правое или левое направление зуба), на скорость – гитарой продольной подачи i_s, на направление – реверсом Р₃ (попутное и встречное фрезерование), на путь – упорами (размер В), на исходное положение – упорами (размер Н).

Суммирующий механизм (дифференциал) позволяет складывать два движения, которые получает стол станка (исполнительный орган): движение В_z, которое входит в состав движения скорости резания Ф_v(В₁В₂), настраиваемого из условия: 1 оборот заготовки соответствует оборотов фрезы, и движение В₄, которое входит в состав движения подачи Ф_s(П₃В₄), настраиваемого из условия: 1 оборот заготовки соответствует перемещению фрезы на величину Р шага винтовой линии зуба.

Поскольку движения В₂ и В₄ осуществляется от одного электродвигателя, имеют одинаковую продолжительность и одну скоростную характеристику (являются равномерными), то можно заменить кинематическое сложение двух движений с помощью дифференциала математическим сложением. Тогда не нужен будет дифференциал, кинематическая структура станка существенно упрощается (рис.3.3,б), а раз проще кинематика, то и кинематические погрешности обработки будут меньше.

При настройке станка без дифференциала вращение В₁ фрезы связано с вращением (В₂ В₄) заготовки (знак зависит от направления винтовых линий зубьев шестерен и витков фрезы), причем первое слагаемое входит в состав движения скорости резания Ф_v(В₁В₂), а второе - в движение подачи Ф_s(П₃В₄).

Рис. 3.1. Процесс образования профиля зуба обкаткой

Рис. 3.2. Принципиальные схемы нарезания зубчатых колес на

зубофрезерном станке

Для того, чтобы определить конкретные соотношения вращения конечных звеньев цепи, связывающей вращение фрезы и заготовки, следует обратиться к рис.3.4 и сравнить нарезание прямозубого колеса и колеса с винтовым зубом.

При нарезании прямозубых колес на заготовке высотой L за один оборот стола (заготовки) фреза должна сделать оборотов и переместиться вдоль оси заготовки на величину вертикальной подачи S_b. Всего для полной обработки шестерен фреза должна сделать ( ) оборотов. Заготовка за это время сделает оборотов в раз меньше, то есть .

.

Рис.3.3 Типовые частные структуры зубофрезерного станка

при нарезании цилиндрических колес с винтовыми

зубьями ( а- при настройке с дифференциалом; б – при

бездифференциальной настройке; в – при нарезании

червячных колес методом тенгенциальной подачи;

г – общая кинематическая структура)

При нарезании винтовых зубьев на заготовке длиной L ( для рассуждения принимаем L=Р, где Р – шаг винтовой линии зуба) заготовка должна сделать по сравнению со случаем нарезания прямых зубьев дополнительно 1 оборот или фреза должна сделать дополнительно оборотов (важно получить требуемое относительное движение).

Таким образом, при нарезании винтовых зубьев фреза должна сделать

оборотов, а за это время заготовка сделает ( ) оборотов.

Рис. 3.4. Особенности нарезания прямых (а) и винтовых (б)

зубьев

Недостатком бездифференциальной настройки является сложность подбора колес гитары i_х, поскольку настройка кинематической цепи зависит от выбора технологического параметра – величины подачи S_в. Бездифференциальная настройка применяется чаще всего в крупносерийном и массовом производстве.

На рис.3.3,в представлена типовая частная структура зубофрезерного станка при нарезании червячных колес методом тангенциальной подачи. Она отличается от структуры, показанной на рис.3.3,а только тем, что вместо вертикального ходового винта ВВ используется тангенциальный ходовой винт ВТ; движения формообразования здесь: Ф_v(В₁В₂); Ф₅(П₅В₆). В этой структуре студент может легко разобраться самостоятельно.

На рис.3.3,г показана общая кинематическая структура зубофрезерного станка; в ней объединены частные структуры при нарезании колес с винтовым зубом и червячных колес методом тангенциальной подачи и добавлен третий винт ВР, используемый при нарезании червячных колес методом радиальной подачи.