книги из ГПНТБ / Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки учебник

§ 1. Зубодолбежные станки

При нарезании зубчатых колес на зубодолбежньтх станках п качестве режущих инструментов применяются долбяки, спе­ циальные резцовые головки и зуборезные гребенки *. Наибольшее распространение получили станки, работающие долбяками. Они бы­ вают вертикального и горизонталь­ ного исполнения. Горизонтальные зубодолбежные станки часто ра­ ботают двумя долбяками и пред­ назначены в основном для наре­ зания шевронных зубчатых колес.

ходе отвод получает заготовка (на­ пример, 512, 5А12, 5В12, 514, 516);

б) станки, у которых радиальное врезание осуществляется переме­ щением заготовки, а при холостом ходе долбяк отводится от заго­ товки (например, 5150, 5А150, 5В150, 5161 и др.).

На зубодолбежных станках, ра­ ботающих долбяком, можно наре­ зать цилиндрические зубчатые ко­ леса с прямыми и винтовыми зубья­ ми как наружного, так и внутрен­ него зацепления. Для нарезания ступенчатых блоков шестерен с не­ большими расстояниями между зубчатыми венцами, колес внут­ реннего зацепления, шлицевых от­ верстий, особенно глухих, зубо-

долбление является основным способом изготовления. Зубодол­ бежные станки экономично использовать при нарезании зубча­ тых секторов.

Нарезание зубчатых колес долбяками осуществляется по ме­ тоду обкатки (см. гл. VIII). Учитывая, что принцип действия зубо­ долбежных станков и методика их настройки аналогичны, оста­ новимся на рассмотрении широко распространенного в промышлен­ ности станка 5В12 (рис. XIX.1).

* Наша станкостроительная промышленность не иыпускает станков, работающих зуборезными гребенками, поэтому здесь не рассматриваются станки этой разновидности.

463

Зубодолбежный полуавтомат 5В12. Этот полуавтомат является усовершенствованной конструкцией полуавтоматов 512, 5А12. Схема нарезания зубчатого колеса долбяком приведена на рис. VIII.23. Для нарезания прямозубого колеса наружного за­ цепления долбяку сообщают возвратно-поступательное движение, вращение и радиальное перемещение. Заготовке сообщают враще­ ние и радиальное перемещение. Последнее необходимо для того,

Рнс. XIX.2. Кинематическая схема станка 5В12

чтобы при холостом ходе долбяк не касался заготовки. Стол с за­ готовкой отводят от долбяка на величину около 0,5 мм. К началу рабочего хода долбяка стол с заготовкой возвращают в исходное положение.

Кинематическая схема станка 5В12 приведена на рис. XIX.2. Для сообщения возвратно-поступательного движения штосселю 1, несущему долбяк, применен механизм, состоящий из кривошип­ ного диска 2, раздвижного шатуна 3 и коромысла 4, зубчатый сек­ тор которого находится в зацеплении с круглой рейкой штосселя. Число двойных ходов долбяка в минуту равно частоте вращения кривошипного диска 2. Штоссель получает четыре числа двойных ходов (200, 315, 425, 600) от электродвигателя М через четырех­ ступенчатую клиноременную передачу с передаточными отноше-

т

ниями: h — 0,21; i2 = 0,33; i3 — 0,46 и i4 = 0,63. Для расчета числа двойных ходов долбяка в минуту пользуются формулой

1000а

п = ~ 2J- дв. ход/мин,

где V — средняя скорость резания в м/мин; I = b + (5 ч- 7) — длина хода долбяка в мм; b — длина нарезаемого зуба в мм.

В зависимости от требуемого числа двойных ходов клиновые ремни перебрасывают на соответствующую ступень посредством специального эксцентрикового устройства. Длину хода долбяка регулируют изменением радиуса вращения пальца кривошипного диска с помощью винта 5, смонтированного на диске 2. Крайние положения долбяка (зона строгания) устанавливают изменением длины раздвижного шатуна 3.

Вращение долбяка (круговая подача). Под круговой подачей понимают длину дуги поворота долбяка по делительной окруж­ ности в миллиметрах за один двойной ход. Конечными элементами кинематической цепи круговой подачи будут кривошипный диск 2, за один оборот которого совершается двойной ход, и долбяк, кото­ рый должен повернуться на заданную величину дуги делительной окружности.

Уравнение кинематической цепи круговой подачи будет

откуда

Ч1125s

где т — модуль нарезаемого колеса; гд — число зубьев долбяка.

При подборе сменных колес должно быть выдержано условие

ві + Ьі = но.

Вращение заготовки (движение деления) должно быть точно согласовано с вращением долбяка. Если обозначить число зубьев долбяка гд, а число зубьев нарезаемого колеса г, то за период

поворота долбяка на один зуб (•— ) заготовка также должна повер­ ху /

нуться на один зуб (^ ) - Уравнение кинематической цепи, связы­

вающей долбяк и заготовку, будет иметь вид

откуда формула настройки гитары деления получает вид

а с гд

Ьd z

При подборе сменных зубчатых колес необходимо выдерживать условие а + Ь = 120. Для облегчения подбора сменных колес

4 6 5

гитары деления число зубьев колеса с принимают кратным числу зубьев долбяка гд, например, 2 : 1; 1 : 1.

Врезание долбяка (радиальная подача). Это движение необхо­ димо для врезания долбяка в заготовку на заданную высоту зуба и осуществляется плоским кулачком 6. На станке предусматри­ вается возможность нарезания колес в один, два или три прохода. Число проходов выбирается в зависимости от твердости обрабаты­ ваемого материала, требуемой точности обработки и величины мо­ дуля нарезаемого колеса. Чем тверже материал, больше модуль и выше точность, тем больше выбирается число проходов. В соот­ ветствии с этим устанавливается одно-, двухили трехпроходный кулачок (рис. XIX.3). На всех кулачках имеется участок вреза­ ния, профиль которого очерчен по спирали Архимеда (занимает

занимающие различные углы в зависимости от числа проходов. При нарезании колеса в один проход кулачок 6 (см. рис. XIX.2),

поворачиваясь на угол а вр, действует на рейку 7, связанную с ка­ реткой 8, перемещает долбяк по направлению к заготовке (про­ исходит врезание). Когда ролик рейки 7 окажется в точке 1 (см. рис. ХІХ.З, а), врезание прекращается и при дальнейшем враще­ нии кулачка на угол происходит обкатка. За время поворота кулачка на угол аг заготовка совершает один оборот. В коробке передач при этом введены в зацепление зубчатые колеса 48 —28. Когда ролик рейки 7 достигнет точки 2 кулачка, он попадает во впадину и каретка с долбяком под действием пружины 9 (см. рис. XIX.2) отойдет от заготовки. При этом станок автоматически останавливается. При двухпроходном кулачке в зацепление вво­ дятся зубчатые колеса 35—41. После врезания за время поворота кулачка на угол а 2 (см. рис. ХІХ.З, б) заготовка совершает один полный оборот. Затем в точке 2 осуществляется дополнительное врезание долбяка на величину 0,4 мм и снова за время поворота кулачка на угол а, (участок 2—3) заготовка совершает один обо­ рот. При обработке в три прохода в зацепление вводятся колеса

466

28—48. После врезания за время поворота кулачка на угол ая заготовка совершает один оборот. При этом происходит первая черновая обработка. В точке 2 (рис. XIX.3, в) происходит допол­ нительное врезание долбяка на величину 2,8 мм, и снова за время поворота кулачка на угол а3 заготовка совершает один полный оборот. При этом осуществляется вторая черновая обработка.

Вточке 3 снова происходит врезание долбяка на величину 0,4 мм,

иза время поворота кулачка на угол а3 (участок 3—4) заготовка совершает еще один оборот. При этом происходит чистовая обра­ ботка.

Учитывая изменение размеров зубьев долбяка при ого пере­ точке, а также погрешности в изготовлении и установке заготовки, с целью предупреждения брака сначала настраивают станок так, чтобы зубья нарезались на меньшую высоту, чем требуется по чертежу. Первоначально высоту зуба рассчитывают по формуле

/гг = /г— 0,1т,

где h — требуемая высота зуба в мм; hx — устанавливаемая высота зуба в мм; т — модуль нарезаемого колеса.

Поскольку глубина нарезания устанавливается меньше требуе­ мой (/ij < h), толщина нарезаемого зуба будет больше требуемой S на величину

Д S = S i - S .

После нарезания одного колеса измеряют толщину зуоа и оп­ ределяют величину AS. Зная AS, определяют величину Ah по формуле

A S

ДА = 2 tg а ’

где а — угол зацепления.

467

Определив величину Дh, перемещают на эту величину долбяк в сторону заготовки (вручную) и обрабатывают ее вторично для получения заданных размеров. Последующие заготовки будут прорезаться на требуемую глубину.

Отвод стола с заготовкой от долбяка во время его холостых ходов осуществляется от эксцентрика 10 (см. рис. XIX .2) через толкатель и рычажную систему. Установка эксцентрика на одном валу с кривошипным диском обеспечивает необходимую синхрони­ зацию отвода и подвода стола с холостыми и рабочими ходами долбяка.

На станке 5В12 можно также нарезать колеса с винтовыми зубьями. Для этого необходимо установить долбяк с винтовыми зубьями, а также вместо прямолинейных направляющих на штосселе и в червячном колесе установить винтовые направляющие для сообщения возвратно-вращательного движения дрлбяку (см. рис. X III.23).

Шаг винтовых направляющих Тв можно определить по фор­ муле

где Т — шаг винтовой линии нарезаемого зуба в мм; гд — число зубьев долбяка; г — число нарезаемых зубьев.

При этом все движения настраиваются по тем же формулам, что и при нарезании прямозубых колес.

Настройка станка 5В12 на нарезание зубчатых колес внутрен­ него зацепления производится по тем же формулам, что и для колес наружного зацепления. Различие заключается лишь в том, что при нарезании зубчатых колес внутреннего зацепления направле­ ния вращения долбяка и заготовки одинаковы, тогда как при наре­ зании колес наружного зацепления они противоположны. Не при­ водя здесь специальных расчетов, можно рекомендовать для некорригированных колес с углом зацепления 20° при выборе долбяков руководствоваться условием, чтобы разность чисел зубьев нарезае­ мого колеса внутреннего зацепления и долбяка была не менее 18, т. е.

zK— 18.

В шпинделе станка 5В12 предусмотрено гнездо с конусом Морзе № 3 для установки хвостовых долбяков. На станке преду­ смотрена возможность гидрозажима нарезаемой заготовки.

Одним из способов нарезания зубчатых колес, повышающих производительность в результате увеличения числа режущих кро­ мок, одновременно участвующих в работе, является зубодолбление специальными резцовыми головками (см. рис. V III.3). Головки работают по методу копирования. Профильные резцы, получающие радиальную подачу, производят одновременное долбление всех зубьев нарезаемого колеса. Число резцов и контур их режущих

468

Рис. XIX.4. Гидрокшіематическая схема полуавтомата 5120

469

кромок соответствуют числу и профилю впадин нарезаемого колеса. Следовательно, для каждого типоразмера нарезаемого колеса необходимо иметь индивидуальную резцовую головку. Последнее обстоятельство делает целесообразным применение указанного способа иарезапия зубчатых колес лишь в массовом производстве.

Процесс зубодолбления резцовыми головками осуществляется на специальных зубодолбежных станках 5110, 5А110, 5120, 5Л130.

На рис. XIX.4 приведена гидрокинематическая схема полуав­ томата 5120. Заготовка закрепляется на штосселе посредством гид­ равлического зажима и получает возвратно-поступательное движе­ ние в вертикальном направлении от эксцентрикового механизма (главное движение). За каждый ход заготовки резцы получают пе­ риодическое радиальное перемещение (движение подачи). ІЗо время обратного (холостого) хода заготовки (вниз) резцы отводятся от заготовки. Для установочных перемещений суппорта резцовой головки имеется индивидуальный электродвигатель. Мощность главного электродвигателя 17 кВт. Число двойных ходов в минуту (47, 64, 84, 110) настраивается сменными колесами а, Ь. Габарит­ ные размеры 2732 X 2480 X 2970 мм (длина X ширина х вы­ сота). Вес (масса) станка 13 000 кг.

Станок работает по полуавтоматическому циклу. После пол­ ного нарезания колеса резцовая головка автоматически подни­ мается вверх, прекращается возвратно-поступательное движение заготовки и последняя освобождается от зажима (гидравли­ чески) .

Производительность станков типа 5120 в 8—10 раз превышает производительность станков, работающих долбяками, и более чем в 4 раза — производительность при зубофрезеровании. Учитывая, что многорезцовая головка с подвижными резцами может обеспе­ чить лишь черновое и получистовое нарезание зубьев, в технологии изготовления зубчатых колес необходимо предусматривать чисто­ вую обработку.

§ 2. Зубофрезерные станки

Зубофрезерные станки имеют наибольшее распространение в промышленности среди зубообрабатывающего оборудования, ввиду их высокой производительности и точности обработки. Процесс зубофрезерования уступает по производительности лишь процессам протягивания и долбления многорезцовыми головками.

По расположению оси обрабатываемой детали зубофрезерные станки подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Гори­ зонтальные станки применяются для обработки шлицевых валов деталей типа «вал-шестерня» и т. п. (например, модели 5350, 5А370, 5375 и др.). Вертикальные станки получили большее распростра­ нение, чем горизонтальные, и изготовляются в двух исполнениях:

срадиальным перемещением стола (например, 5310, 5К320, 5К322

идр.) и с радиальным перемещением фрезерного суппорта (на­

470

пример, 5312, 5327, 5342 и др.). Зубофрезерньте станки работают по полуавтоматическому или автоматическому циклу.

Зубофрезерный полуавтомат 5Е32 представляет собой одну из современных моделей зубофрезерных станков и предназначен для нарезания зубчатых колес с прямыми и винтовыми зубьями внешнего зацепления, червячных колес средних размеров, шлице­ вых валиков и др.

Этот станок вертикального исполнения с подвижной стойкой суппорта фрезы (рис. X IX .5). Верхняя балка служит для скрепле­ ния задней и передней стоек после настройки станка. Это повышает жесткость станка, уменьшает возможность возникновения вибра­ ций, что способствует повышению точности обработки и снижению шероховатости обработанной поверхности.

Станок работает по методу обкатки. В качестве режущего ин­ струмента применяются червячные модульные фрезы. Наибольший диаметр нарезаемых колес 800 мм; пределы модулей по стали 2—6, по чугуну 2—8, наибольший угол наклона зуба нарезаемых колес 60°, наибольшая ширина парезаемых колес 280 мм, наибольший диаметр фрезы 150 мм. Если сообщить фрезе и заготовке такие вращательные движения, чтобы на каждый оборот фрезы прихо­ дился поворот заготовки на число зубьев, равное числу заходов фрезы *, и медленно перемещать фрезу вдоль оси заготовки, то на заготовке будут нарезаны прямые зубья. При этом фрезу необхо­ димо установить таким образом, чтобы направление витков ее спирали совпадало с направлением зубьев нарезаемого колеса.

Для лучшего уяснения принципа работы станка рассмотрим настройку его для нарезания различных видов зубчатых колес.

л и н д р и ч е с к и х з у б ч а т ы х к о л е с с п р я м ы м и з у б ь я м и . При нарезании данного вида колес суппорт фрезы устанавливают так, чтобы ось фрезы составляла с торцовой пло­ скостью заготовки угол ср, равный углу подъема винтовой линии зубьев фрезы со на делительном диаметре (рис. XIX .7). Для этой цели суппорт фрезы имеет поворотную часть с нониусной шкалой.

Из рассмотрения схемы работы червячной фрезой следует, что для нарезания прямозубых колес на данном станке необходимы три движения: главное движение (вращение фрезы), движение де­ ления (вращение заготовки) и вертикальная подача фрезы.

Главное движение осуществляется от электродвигателя М г через клиноременную передачу со шкивами Dx и D2 (рис. XIX .6), цилиндрические колеса 32—48, 35—35, сменные колеса а’ — b', конические колеса 25—25, 25—25, 25—25, цилиндрические колеса 18—72 и на шпиндель фрезы.

* Это справедливо для цилиндрических зубчатых колес с прямыя зубом.

471

Рис. XIX.5. Зубофрезерный станок 5Е32:

N=0,tâK6r

дифференциала

Рис. XIX.6 . Кинематическая схема станка 5Е32

472