Технологическое оборудование машиностроительных производств (Схиртладзе, 2002)

Рис. 174. Схема нарезания зубчатых колес фрезой методом копирования:

а — дисковой, б— пальцевой

сти на горизонтально- и вертикально-фрезерных станках с использо­ ванием делительной головки. Метод копирования мало производите­ лен.

Метод копирования используется в единичном производстве, чаще при ремонтных работах. Специальные зубодолбежные станки с резцо­ вой головкой обеспечивают очень высокую производительность, их применяют в массовом производстве.

Наиболее распространен метод обката. В этом случае режущий инструмент и заготовка обкатываются подобно звеньям зубчатой пе­ редачи.

Взубодолбежном станке долбяк 7 (рис. 175, а) и заготовка 2 воспроизводят зацепление цилиндрических колес. Если бы заготовка была достаточно пластичной, в ней можно было вьщавливать впадины, прокатив по окружности твердое колесо (инструмент). В станке дви­ жение обката (согласованное движение долбяка и заготовки) является сложным формообразующим движением. Оно служит для создания формы зуба в поперечном сечении эвольвенты. Чтобы удалить материал из впадины обрабатываемого колеса, на торце долбяка по всему контуру создают режущие кромки, а долбяку сообщают возвратно-поступатель­ ное движение, которое является также формообразующим движением

ислужит для получения формы зуба по длине. Долбяком можно нарезать зубчатую рейку. Для этого движение, образующее профиль зуба, должно состоять из вращения долбяка и согласованного с ним прямолинейного движения рейки. Можно режущей рейкой 2 (гребен­ кой) нарезать цилиндрическое колесо 1 (рис. 175, б).

Взубофрезерном станке инструмент и заготовка образуют пару, подобно червячной передаче. Если провести секущую плоскость через ось червяка перпендикулярно оси червячного колеса, то в сечении червяка получается профиль зубчатой рейки. При вращении червяка

280

Рис. 175. Схема нарезания зубчатых колес методом обката:

А —долбяком, ^—гребенкой, в —червячной фрезой, г — профилирования зубчатого венца зубом червячной фрезы

эта рейка сдвигается вдоль его оси, обкатываясь с зубьями колеса. Такой же обкат имеет место в зубофрезерном станке, где червячная фреза 1 (рис. 175, в) вращается с заготовкой 2 (сложное формообразу­ ющее движение).

Профилирование одной впадины зубчатого венца показано на рис. 175, г.

При обработке червячного колеса достаточно углубиться фрезой на полную высоту зуба, чтобы получилась его форма по длине. При нарезании цилиндрического колеса необходимо еще формообразую­ щее движение вдоль зуба. Если зуб зубчатого колеса прямой, то это движение простое. У косозубого колеса зуб винтовой, поэтому для его образования требуется сложное движение, состоящее из перемещения червячной фрезы вдоль оси колеса и доворота самого колеса. При нарезании конических колес заготовка обкатывается с воображаемым плоским производящим колесом. Метод обката отличается высокой производительностью и точностью. Преимущество метода обката — универсальность режущего инструмента: при одном модуле одним

281

инструментом теоретически можно нарезать колеса с разным числом зубьев.

Зубофрезерный автомат 5М32. Станок предназначен для фрезеро­ вания зубьев цилиндрических, прямозубых и косозубых колес, а также червячных колес в условиях единичного и серийного производства. Червячные колеса можно нарезать методом радиальной и тангенци­ альной подач.

Технические характеристики станка. Наибольший диаметр нареза­ емых цилиндрических колес 800 мм; наибольший нарезаемый модуль

— 10 мм; пределы частот вращения фрезы 50—315 мин'^; пределы подач: вертикальной 0,8—5,0 мм/об; радиальной 0,15—1 мм/об; осевой 0,17— 3,1 мм/об.

Цикл работы станка автоматизирован: быстрый подвод инструмента к заготовке, зубонарезание, быстрый отвод инструмента в исходное положение и остановка станка. Цилиндрические колеса можно обра­ батывать методом попутного (вертикальная подача снизу вверх) и встречного (вертикальная подача сверху вниз) фрезерования. При попутном фрезеровании возможно применение более высоких скоро­ стей резания.

Станок состоит из следующих основных узлов: на станине А (рис. 176) закреплена суппортная стойка В, по которой перемещается фре­ зерный суппорт /. Стол jFдвижется по горизонтальным направляющим станины. Контрподдержка Д поддерживает верхний конец оправки с установленными на ней заготовками.

В станине расположена коробка скоростей Ж, а в суппортной стойке коробка подач Б.

Обработка заготовок на станке осуществляется при наличии сле­ дующих движений в станке: главное движение — вращение фрезы; движения подачи: а) вертикальная — суппорта Г, б) радиальная — стола Е; в) осевое перемещение ползушки суппорта Г, движение обкатки и деления — согласованное вращение фрезы и детали; вспомогательное движение; ускоренное перемещение суппорта и стола, перемещение фрезы для более полного использования ее витков.

1. Настройка станка на нарезание прямозубых цилиццрических колес. Фрезу устанавливают наклонно под углом у к горизонтали, равным углу подъема витков червячной фрезы а (рис. 177, а), т. е. у = =а. В станке должны быть настроены кинематические цепи главного движения, обкатки и деления, вертикальной подачи.

Главное движение станка (см. рис. 176) осуществляется от элект­ родвигателя Ml (N = 7,5 кВт, п = 1460 мин'^) через зубчатую пару (26/63), коробку скоростей с электромагнитными муфтами, вал IV, конические пары (29/29), (29/29), (29/29), цилиндрическую передачу (20/80). Переключением муфт Ми Mi, А/з, М^, Ms, Me обеспечивается девять значений частоты вращения фрезы в пределах 50—315 мин'^

282

XXX XXX/ XXX// XXX///

л=7460иин~^ z=2e

Рис. 176. Кинематическая схема зубофрезерного полуавтомата 5М32

уравнения кинематического баланса для минимальной частоты вра­ щения А2^ = 1460 X (26/63) X (45/57) х (32/81) х (29/29) х (29/29) х (29/29)1 х х(20/80) = 50 мин"^

Частоту вращения фрезы можно рассчитать по формуле Лфр = =1000 V/nd^, где К—скорость резания, м/мин; ^ф —диаметр фрезы, мм.

Движение обкатки и деления связывает вращение фрезы и заготов­ ки. Эта кинематическая цепь имеет следующий вид: червячная фреза, зубчатые пары Z— (80/20), (29/29), (27/27), дифференциал, зубчатые передачи, Z— (58/58), e—f, гитара сменных колес а — Ь, с — d, зуб­ чатые пары Z— (33/33), (35/35), делительная червячная пара Z— (1/96). При работе правозаходной фрезы движение с вала А7//переда­ ется на вал XV, минуя зубчатую передачу Z— (58/58).

Цепь деления и обкатки настраивается исходя из условия: за один оборот К-заходной фрезы заготовка должна совершить ii/Z оборотов, где Z-— число зубьев нарезаемого колеса: 1 х (80/20) х (29/29) х (29/29)х X (27/27) X (/диф) X (58/58) х (е//) х (а/Ь) х (c/d) х (33/33) х (35/35) х (1/96) = =(K/Z), откуда (а/Ь) х {c/d) = (24^/(Z/диф). При нарезании прямозубых колес дифференциал работает как обычная зубчатая передача, поэтому передаточное отношение /ДИФ= 1- Зубчатые колеса е и /служат для расширения диапазона регулирования сменных колес гитары деления. Их подбирают следующим образом: при Z< 161 {e/J) •— (54/54), при Z> 161 (е//)-(36/72).

Формула для настройки гитары деления при Z< 161 {а/Ь) х {c/d) = =24A/Z, при Z> 161 {a/b) х {c/d) = 48A7Z

К станку прилагается следующий набор сменных колес для гитары деления и дифференциала: 23, 24, 25 (2 шт.), 30, 33, 34, 35, 37, 40, 40, 41, 43, 45, 47, 48, 50, 53, 55, 58, 59, 60, 61, 62, 65, 67, 70, 71, 73, 75, 79, 80, 83, 85, 87, 89, 90, 92, 98, 100.

Вертикальная подача осуществляется по следующей кинематиче­ ской цепи: стол, червячная пара (96/1), зубчатые передачи (35/35), (33/33), вал XVII, червячная пара (2/26), коробка подач с электромаг­ нитными муфтами передач (45/45), вал XXIII, при включенной муфте М\ь передачи (50/45), (45/45), червячная пара (1/24), ходовой винт XXV с шагом Р = 10 мм. Переключение электромагнитных муфт M-j —- Мхг обеспечивает девять значений подач в пределах 0,8—5,0 об/мин стола. Реверс подачи осуществляется для цепи вертикальной подачи: за один оборот стола с заготовкой фреза должна переместиться на величину вертикальной подачи S^. Уравнение кинематической цепи 1 х (96/1) х х(35/35) X (33/33) X (2/26) х (40/56) х (/к.п.) х (45/55) х (50/45) х (45/45) х

X (1/24) X 10 = S^, откуда -^в = 2/к.п., где /к.п. — передаточное отношение коробки подач.

Ускоренные вертикальные перемещения фрезы осуществляются от электродвигателя М2 {N=3 кВт, п = 1430 мин"*), через цепную пере-

284

дачу (20/24) по следующей кинематической цепи: 1430 х (20/24) х х(45/55) X (50/45) х (45/45) х (1/24) х 10 = 450 мм/мин.

2. Настройка станка на нарезание цилиндрического колеса с винто­ вым зубом, фрезу устанавливают под углом у = р ± а°, где р° — угол наклона зубьев нарезаемого колеса к оси, а а° — угол подъема винтовой линии фрезы. Знак плюс ставят при разноименных направлениях.

Кинематические цепи главного движения, обкатки и деления, вертикальной подачи настраивают так же, как и при нарезании пря­ мозубых цилиндрических колес, но заготовке, кроме вращательного движения обката сообщают еще и дополнительное вращение из-за наклона зуба. Кинематическая цепь, обеспечивающая траекторию винтового движения, называется цепью дифференциала. Она идет (рис.

176) от винта ЛЯГК через гитару дифференциала Oi — Ьи Ci — du кони­ ческую передачу (27/27), вал XXIX, червячную передачу (1/45), диффе­ ренциал, вал ХШ, передачу (58/58), колеса в — / гитару деления, зубчатые пары (33/33) х (35/35), делительную червячную пару (1/96). Уравнение кинематической цепи дифференциала составим из условия, что при перемещении фрезы на величину шага винтовой линии Дл. заготовка делает один оборот: (Дл/Ю) х (24/1) х (3/22) х {щ/Ьх) х {cx/dx) х X (1/45) X (/д,ф) X (58/58) х {e/J) х (а/Ь) х (c/d) х (33/33) х (35/35) х (1/96)= = 1 об. заготовки.

Для данного случая /даф = 2, червячное колесо Z = 45 вращает водило, передаточное отношение колес в//= 1, передаточное отноше­ ние гитары деления {ах b)x{cxd) = {24к//), шаг винтовой линии Лл. = (т X n„Z)/(sinP).

В результате получим передаточное отношение колес гитары диф­ ференциала (oi/bx) X (cx/di) = (7,95775 х 8Щ)т„к.

Дифференциальная цепь настраивается и при нарезании прямозубьЕХ колес с простым числом зубьев, для которых нет сменных колес в прилагаемом к станку наборе. Для этого на входной и выходной валы коробки подач устанавливают специальные колеса, а электромагнит­ ные муфты коробки подач отключают.

3. Настрой»! на нарезание червячных колес методом радиальной подачи. Ось фрезы устанавливают горизонтально (рис. 177, в). Червяч­ ная фреза должна иметь параметры, соответствующие червяку, с которым будет работать в паре нарезаемое червячное колесо. Для нарезания червячного колеса нужны следующие движения: вращение фрезы, движение обката и деления, движение радиальной подачи. Настройка цепей главного движения и обкатки аналогична настройке при нарезании цилиндрических колес.

Цепь радиальной подачи связывает вращение заготовки с ходовым винтом XXXIV. За один оборот заготовки стол должен переместиться на величину радиальной подачи Sp.

Уравнение кинематического баланса цепи радиальной подачи: 1 х х(96/1) X (35/35) X (33/33) ч (2/26) х (40/56) х (/к.п.) х (45/55) х (45/50) х х(34/61) X (1/36) X 10 = 5р, откуда Sp = 0,6/к.п.

285

Рис. 177. Схема нарезания зубьев червячной фрезой

Муфта Mis включает радиальную подачу. Переключение муфт М-] — Мп обеспечивает девять значений радиальных подач в пределах 0,15—1,5 мм/об. Муфта Мп тормозная. При врезании стол доводится до жесткого упора, что обеспечивает стабильный размер детали. Уско­ ренное перемещение стола происходит от электродвигателя М2 через подачи (20/24), (45/45), вал XXIII передачи (45/45), (34/61), (1/36).

4. Настройка станка на нарезание червячных колес методом осевой подачи. Этим методом, в основном, нарезают червячные колеса для многозаходных червяков, профиль нарезаемых зубьев имеет более высокую точность, чем при методе радиальной подачи. При нарезании колес методом осевой подачи в станке необходимы следующие движе­ ния (рис. 177, г); вращение специальной червячной фрезы, обкаточное движение фрезы и заготовки, осевая подача фрезы SQ, добавочное вращение заготовки, вызванное осевой подачей фрезы. Настройка цепей главного движения, обкатки и деления при этом методе анало­ гичны настройке при нарезании цилиндрических колес. Такая подача фрезы обеспечивается перемещением ползушки и встроенным в нее фрезерным шпинделем. Цепь (рис. 176) подач от заготовки до вала АХ/К одинакова с цепью вертикальной подачи. С вала АЗГ/К вращение передается через зубчатую пару (33 х 22), трехступенчатый блок Б1, реверсивный блок Б2, передачи (40/70) (70/40), (2/36), (68/40) (4/25) на ходовой винт XI осевой подачи с шагом Р = 8 мм. Составим уравнение кинематического баланса цепи осевой подачи, учитывая, что за один оборот заготовки фреза в осевом направлении переместится на величину осевой подачи: 1 х (9/1) х (25/25) х (22/22) х (2/28) х х(40/56) х(4п)х (45/53) X (23/22) X (/О х (32/40) х (40/70) х (70/40) х х(2/26) X (68/40) X (4/25) х 8 = 5^.

Отсюда, So = 0,89/к.п. х /ь где /'i — передаточное отношение блока Б1, который вместе с коробкой передач обеспечивает получение 27 значе­ ний осевых подач в пределах 0,7—2,1 мм/об. Быстрые перемещения шпинделя фрезы вдоль оси осуществляются от электродвигателя Ml

286

а) б)

Рис. 178. Нарезание зубчатых колес на зубострогальном станке:

а — рабочая зона зубострогального станка, 6 — схема обкатки заготовки конического колеса с плоским производящим колесом

быстрых перемещений. Цепь дифференциала (или добавочное враще­ ние заготовки). Червячная фреза получает осевое перемещение. Так как фрезу можно рассматривать как рейку, при перемещении фрезырейки на один осевой шаг Р^ зацепленная с ней заготовка, выполня­ ющая роль реечного колеса, должна повернуться на 1/2 оборота. Однако заготовка уже имеет обкаточное движение, поэтому для сум­ мирования этих двух движений служит дифференциал. Учитывая, что рассматриваемая цепь связывает винт осевой подачи XI с заготовкой, запишем уравнение кинематического баланса (Л/8) х (25/4) х (40/68) х х(38/2) X (40/70) X (70/40) х (40/32) х (W/,) х (22/33) х (33/22) х {axibx) х х(с,/й?,) X (27/27) X (1/45) х (/кп) х (58/58) х (e/f) x{a/b) х {c/d) х (33/33) х х(35/35) X (1/96) = 1/2 об. заг.

Имея в виду, что Д = я/Wx, где т^ —• модуль червячной фрезы в осевом сечении; /• — передаточное отношение блока В\\ /даф = 2; {e/f)=

= (54/54); {a/b) х {c/d) = 2Ak/Z, получим {ax/b{) х {c,/d{) = (2,77056 х X h)/{m^k).

При отсутствии специальной червячной фрезы можно воспользо­ ваться методом обкатки, применив «летучий» резец, т. е. оправку с резцом, представляющим собой один зуб фрезы.

Зубострогальные станки предназначены для нарезания прямых зубьев конических колес.

Принцип образования зубьев при нарезании конических зубчатых колес на зубострогальных станках состоит в следующем: прямолиней­ ные образующие зуба колеса 1 (рис. 178, а) получаются благодаря главному движению — возвратно-поступательному перемещению па-

287

ры резцов 2. Форма зуба в поперечном сечении образуется на одних станках по методу копирования формы шаблонов, на других — по методу обката.

При методе обката можно мысленно представить, что заготовка / (рис. 178, 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 формой для цилиндриче­ ского зубчатого колеса при радиусе R-^oo, 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. При анализе конструкции станка удобнее пред­ ставлять, что при вращении заготовки согласованно с ней поворачи­ вается плоское колесо, а оси неподвижны.

На станке плоского колеса нет, но есть узел — люлька, ось поворота которой являются осью плоского колеса. На люльке расположены суппорты с резцами. Прямолинейные режущие кромки резцов явля­ ются 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.

Зубострогальный станок 5А250. Прямозубые конические зубчатые колеса нарезают методами копирования и обката. Метод копирования применяют для чернового нарезания зубьев на универсально-фрезер­ ных станках специальными дисковыми фрезами. В современных стан­ ках используют метод обката. Зубострогальный станок 5А250 работает по методу обката и предназначен для чернового и чистового нарезания прямозубых и конических колес в условиях серийного и массового производства. С помощью, специальной накладной головки можно нарезать и дуговые зубья.

Технические характеристики станка. Наибольший диаметр нареза­ емых зубчатых колес — 500 мм; число зубьев нарезаемых колес — 10—100; пределы торцевых модулей нарезаемых колес 1,5—8 мм; числа двойных ходов ползунов-резцов — 73—470; продолжительность наре­ зания одного зуба — 8—123 с.

Принцип работы станка состоит в следующем: на станине А (рис. 179, а) смонтирована обкатная люлька Б с закрепленными на ней в ползунах /резцами 2 (рис. 179, б). По направляющим станины J может перемещаться стол Г (рис. 179, а), имеющий круговые направляющие 4. На них вместе с плитой 2 поворачивается бабка изделия 7 для установки заготовки на угол (р^- В станке имитируются зацепления нарезаемого конического колеса (заготовки) с воображаемым кониче­ ским колесом. В данном случае люльку с резцами, имеющими прямо-

288

Рис. 179. Схемы работы зубострогального станка, работающего методом обкатки

линейный профиль, можно рассматривать, как производящее колесо. Для формообразования боковых поверхностей зуба нужны следующие движения: главное движение — возвратно-поступательное перемеще­ ние резцов; возвратно-качательное движение люльки вокруг оси 0\ и связанное с ним коническое вращение заготовки вокруг оси ОгПосле окончания профилирования зуба происходит поворот заготовки на следующий зуб (деление). На станке 5А250 можно обрабатывать зубья методом обкатки и методом врезания. При методе обката люлька и заготовка одновременно вращаются до тех пор, пока не будет нарезана впадина. Затем заготовка отводится от резцов и продолжает вращаться в том же направлении, люлька с резцами движется в обратном направ­ лении до исходного положения. Причем за время одного качательного движения заготовка повернется на целое число зубьев 2J. Начинается обработка следующей впадины, а после обработки всех впадин станок автоматически отключается.

При методе врезания, применяемом для чернового нарезания зубьев, движение обката значительно замедляется, поэтому профиль зуба в данном случае близок к прямолинейному. Все зубья обрабаты­ вают последовательно, т. е. деление происходит на 1/Z.

Главное движение (рис. 180) осуществляется от электродвигателя (iV=2,8 кВт, л =1420 мин"^) через зубчатые пары (15/48), (34/34), сменные колеса а— Ь, зубчатую пару (30/72) и вал с кривошипным диском 2 От диска 2 через систему рьиагов получают возвратно-по­ ступательное движение ползуны с резцами. За каждый оборот диска 2 ползуны совершают один двойной ход. Уравнение кинематического баланса для цепи главного движения имеет вид: 1420 х (16/48) х (34/34)х

289