Технологическое оборудование машиностроительных производств (Схиртладзе, 2002)

N=2,8 кВт п=1420 об/мин

Рис. 180. Кинематическая схема зубострогального станка 5А250

X (а/Ь) X (30/72) = А2ДВ.Х/МИН, откуда (а/Ь) = (Лдв.х/125). Из паспорта станка известно, что а+ Ь= 106. В цепи главного движения имеются следу­ ющие сменные колеса: 30, 35, 41,47, 53, 59, 65, 71, 76.

Движение подачи. Время /ц, затраченное на обработку одной впа­ дины, называется циклом. Станок является полуавтоматом и управля­ ется барабаном 7, находящимся на распределительном валу. За время цикла барабан 7 делает один оборот, причем рабочему ходу соответст­ вует поворот на 160°, а холостому — на 200°.

Следовательно, распределительный вал за время рабочего хода tp делает 1607360° оборота. Цепь подач кинематически связывает враще­ ние электродвигателя и барабана 7 через передачи 15/48, сменные

290

колеса а^ — bu Ci —• di, зубчатую пару (34/68), фрикционную муфту М, зубчатые передачи (24/56), (44/96), (96/64) и червячную пару (2/6). Уравнение кинематического баланса цепи подачи 1420 х (tp/60) х х(15/48) X (ai/bi) х (ci/di) х(34/68) х (42/56) х (44/96) х (96/64) х (2/66)= = (160760°), отсюда формула настройки гитары подачи

(V^)x(c,/^,) = (7,5Ap).

Ускоренный ход происходит, когда фрикционная муфта М вклю­ чается в двойной блок с числами зубьев 88 и 84. Тогда движение передается или через передачу (52/88) (при числе зубьев нарезаемого колеса Z= 16), или Z= (76/64) (при Z> 17), а далее по цепи, анало­ гично рабочей подаче.

За время холостого хода /'хх барабан повернется на 200°, отсюда 1420 X (4.х/60) X (15/48) х (52/88) или (7/64) х (42/56) х (44/98) х (2/66)= = 200/360°, /"хх» 3 с/зуб (при работающей паре 76/64) или 4.x.« 6 с/зуб (включены колеса 52/88).

Распределительный барабан 7 производит подвод и отвод стола, переключает муфту М через гидравлический распределитель. Одну кривую барабана используют для работы методом врезания, другую — методом обката.

Вращение заготовки (деление) на целое число зубьев Z происходит за один оборот барабана. Число Z не должно иметь общих множителей с числом зубьев нарезаемого колеса Z. Это необходимо для того, чтобы инструмент попадал каждый раз в другую впадину. Вращение заготовки происходит от распределительного вала через передачи (66/2), (64/60), (60/44), коническую пару (23/23), через зубчатую пару (75/64) (при методе обкатки) или (27/108) (при методе врезания), через конические

передачи (26/26), (26/26), (26/26), гитару деления ^2 — ^2, ^2 — dj, конические пары (30/30), (30/30), червячную передачу (1—120). Рас­ четное уравнение составляют из условия, что за один оборЬт барабана

/ заготовка повернется на Д/Z оборота: 1 об.р.бар. х (66/2) х (64/60) х х(60/44) X (23/23) X (75/80) х (26/26) х (26/26) х (26/26) х (аг/Ьг) х (с2/^2)х х(30/30) X (30/30) X (1/120) = Z/Z.

Из уравнения выводим формулу настройки гитары деления

ia2/b2){c2/d2) = 2^yZ

При работе методом врезания в уравнение вместо числа (75/80) ставят число (27/108), тогда (^2/^2) х (c2/d2) = lOZJZ,

Цепь обката связывает поворот люльки, выполняющей роль про­ изводящего колеса, с заготовкой. Движение от люльки передается через червячную передачу (125/2), конические колеса (28/30), гитару обката {ci/di){bs/ay), колесо Z= 21, составное колесо Z = 14, конические пары (32/18), (23/23) и далее по цепи деления, рассмотренной выше.

Составное колесо позволяет при неизменном направлении враще­ ния колеса Z= 14 получать возвратно-вращательное движение люльки.

291

Составное колесо состоит из венца внутреннего зацепления со 196 зубьями (в полной окружности Z= 224), венца наружного зацепления с 98 зубьями (в полной окружности Z = 112 зубьев) и двух полуколес внутреннего зацепления (Z= 28). Во время зацепления колеса Z = 14 с участком внутреннего зацепления происходит рабочий ход станка, а при сцеплении с остальной частью — холостой. При зацеплении колеса Z= 14 с полуколесами Z = 28 происходит его перемещение вместе с парой (16/32).

Уравнение кинематического баланса составляют из условия, что при повороте люльки на (1/2^) оборота нарезаемое колесо повернется на (1/2) оборота (Ди —число зубьев воображаемого плоского произ­ водящего колеса) (^Д^л) х (126/2) х (28/30) х (сз/й?з)(^«з) х (21/252) х х(224/14) X (22/16) х (23/23) х (75/80) х (26/26) х (26/26) х (26/26) х (26/26) х x(a2/b2) X {c2/d2) X (30/30) х (1/20) = Z.

Подставляя в уравнение кинематического баланса значение (Й?2/*2)Х X (сг/^г) = 2 ^ Z для метода обката и значение Z^ = Z/sinyi, где yi — половина угла начального конуса нарезаемого колеса, получим {c2/d^)x X {Ьъ/d^) = 3,5^/sinyi. При методе врезания (СЗ/Й?З) Х {h/d^) = = 17,52^/sinyi.

Для определения ZJ составим уравнение кинематического баланса на условии, что за время поворота барабана 1 на 160*" люлька повора­ чивается на угол 160°: (66/2) х (64/60) х (16/31) х (14/224) х (252/21) х х(сз/^з) X {Ьг/аг) х (30/28) х (2/135) = 0^

Подставляем значение (сз/^з) х (Лз/^з) = 3,522ysin9i в уравнение, приведенное выше получим Д = (Z/sin9i) х (0°/16О°).

Угол качания люльки 0° зависит от параметров нарезаемого зубча­ того колеса; его выбирают, чтобы обеспечить полностью обкатку зуба. Люлька должна качаться в обе стороны на одинаковый угол. При обработке методом врезания ZJ = 1.

Угол установки бабки изделия фт (рис. 179, а) равен углу внутрен­ него конуса нарезаемого колеса. Ось заготовки с плоскостью вершин зубьев производящего колеса должна составлять угол м/ = ф1 — у, где Ф — половина угла начального конуса колеса, у — угол ножки зуба. Вершина начального конуса должна быть совмещена с центром станка.

Угол установки бабки изделия при черновой обработке ф,п = 1£ф1 х X COS1807Z, где ф1 — угол конуса впадины нарезаемого колеса.

Угол установки поворотных сегментов (мин) определяют по фор­ муле со,„ = 3428/i.g[(6;/2) + AcDttga] мин, где L^ — длина образующей конуса, мм; S^ — толщина зуба по дуге начальной окружности, мм; Acot — высота ножки зуба колеса, мм; а а — угол зацепления в град (обычно а = 20'').

Нарезание конических колес с криволинейными зубьями. Кониче­ ские колеса с криволинейными зубьями компактны, бесшумны, вы­ держивают большие нагрузки и имеют более плавный ход, чем

292

мер, торцевой резцовой головкой (рис. 181) с резцами, имеющими прямолинейные режущие кромки,

нарезают круговые зубья конических колес с углом спирали 0—60"* методом обката при периодическом делении. При такой обработке главным движением будет вращение резцовой головки 2, вращение люльки /, согласованное вращение заготовки J, движение обката. Деление производится поворотом заготовки после обработки каждого зуба.

Конические колеса с криволинейными зубьями нарезают на станке 5280. В качестве инструмента используют торцевую резцовую головку. Станок может работать методом обката (при чистовой обработке) и методом врезания (при черновой обработке). При методе обката вра­ щается резцовая головка, люлька, несущая шпиндель инструмента, получает вращение, согласованное с вращением заготовки (движение обкатки). После обработки одной впадины нарезаемое колесо отво­ дится от инструмента, но продолжает вращаться в ту же сторону, что и ранее, поворачиваясь на Z, зубьев. Люлька же с резцами быстро поворачивается в обратном направлении до исходного положения. Реверс люльки осуществляется с помощью составного колеса.

При методе врезания движение обката почти отсутствует (обкатка нужна только для того, чтобы происходил процесс деления). Зубья образуются при постепенном приближении заготовки к инструменту. Метод производителен, но менее точен по сравнению с методом обката.

Зубоотделочные операции. Для получения точной формы и размеров зубьев, а также уменьшения шероховатости их рабочих поверхностей зубчатые колеса после нарезания на соответствующих зуборезных станках подвергают чистовой отделке на зубоотделочньпс станках ме-

293

тодом обкатки, притирки, шевингования шлифования и зубохонингования.

Обкатка — процесс образования гладко» поверхности профиля зубьев незакаленньо зубчатых колес. Обработка ведется за счет давления, возникающего при вращении об­ рабатываемого колеса и закаленного шлифо­ ванного колеса (обкаточного эталонного колеса).

Припфка — доводочный процесс придаРис. 182. Схема притирки ния зубьям колес ЧИСТОЙ И гладкой поверх­

ности путем искусственного изнашивания зубьев обрабатьгеаемого колеса посредством притира и абразивного порошка. Притир представляет собой тщатель­

но изготовленное чугунное зубчатое колесо. Притирку применяют для предварительно термически обработанных зубчатых колес. Процессом притирки можно увеличивать поверхность контакта по длине и высоте и уменьшать параметры шероховатости зубьев.

Притирка осуществляется по двум схемам: оси притира и зубчатого колеса скрещиваются, образуя винтовую зубчатую передачу. В первом случае притирку производят одним притиром, которому сообщается параду с вращательным движением возвратно-поступательное движе­ ние. Во втором случае притирку производят двумя или тремя прити­ рами; возвратно-поступательное движение при этом получает притираемое колесо. При обработке тремя притирами оси двух из них скрещиваются с осью притираемого колеса, а ось третьего параллельна ей (рис. 182).

Притирку можно вести в распор и методом торможения. Если притирка производится в распор, то зубья инструмента (притира) устанавливают в контакт с обеими сторонами зуба обрабатываемого колеса и в процессе притирки осуществляется постепенное сближение осей притира колеса. При работе методом торможения контакт имеет место лишь по одному боковому профилю зуба обрабатываемого колеса. Необходимое давление контакта создается притормаживанием обрабатываемого колеса. После обработки зубьев с одной стороны производят реверсирование вращения притира и обрабатывают зубья с другой стороны.

Шевингование применяют для уменьшения волнистости на повер­ хности зубьев цилиндрических зубчатых колес с помощью специаль­ ного инструмента шевера, соскабливающего с поверхности профиля зуба стружку толщиной 0,005—0,1 мм. Во время шевингования основ­ ное движение получает шевер, от которого приводится во вращение обрабатываемое колесо, свободно вращающееся с оправкой в центрах бабок рабочего стола, кроме того, шевингуемое колесо имеет возврат­ но-поступательное движение. После каждого двойного хода стола

294

а) б)

Рис. 183. Схемы шлифования зубчатых колес методом обката

зубчатому колесу сообщается вертикальная подача. У некоторых мо­ делей станков продольное движение сообщается инструменту.

Шлифование производится для повышения точности изготовления зубчатых колес и устранения отклонений, вызываемых термической обработкой. Шлифование может осуществляться двумя методами: копированием и обкатом.

При шлифовании зубьев методом копирования шлифовальный круг имеет профиль, соответствующий профилю впадины зубчатого колеса. Шлифовальный круг профилируют с одной или двух сторон.

Шлифование зубьев цилиндрических зубчатых колес методом об­ ката основано на копировании зацепления колеса рейкой, роль одного зуба которой выполняет профилированный дисковый круг или пара тарельчатых кругов. На рис. 183 показаны схемы шлифования зубчатых колес методом обката дисковым кругом и двумя тарельчатыми кругами. По схеме, показанной на рис. 183, а, главное движение получает дисковый круг. Он вращается вокруг оси и получает возвратно-посту­ пательное движение (движение продольной подачи) по стрелке.

Шлифуемое колесо вращается вокруг своей оси со скоростью Vi и пpямoJfkнeйнo перемещается со скоростью Vi. Эти два движения связаны между собой и образуют сложное движение обка1та. В это время обрабатывается одна сторона зуба. После реверсирования движения обрабатывается противоположная сторона соседнего зуба. Затем шли­ фовальный крут выходит из впадины и производится деление -- пово­ рот колеса на один зуб. В зависимости от типа станка могут бьггь обработаны одна или две боковые стороны одновременно (рис. 183, б). Шлифование двумя тарельчатыми кругами показано на рис. 183, в.

295

Зубохонингование применяют для обработки зубчатых колес после зубошевингования и термической обработки.

Обработку производят зубчатым хоном, представляющим собой зубчатое колесо, изготовленное из пластмассы с абразивной смесью, зернистостью (40, 60, 80) которую выбирают в зависимости от марки стали, твердости и требуемых параметров шероховатости поверхности зубьев.

Относительное движение при зубохонинговании то же, что и при шевинговании. Станки для хонингования зубчатых колес аналогичны шевинговальным станкам. Зубохонингование происходит при окруж­ ной скорости хода, примерно в 2 раза превышающей окружную скорость шевера.

3.13. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ С ЧПУ

Наиболее распространены зубофрезерные и зубодолбежные станки с ЧПУ, применяются также зубо- и шлицешлифовальные станки с ЧПУ. По уровню автоматизации наладки эти станки можно разделять на две фуппы —- для мелко- и среднесерийного производства зубчатых колес.

В станках для мелкосерийного производства при помощи устрой­ ства с ЧПУ автоматизируются: установка числа зубьев и угла наклона обрабатываемых колес, параметры обработки и режимы резания, цикл обработки, перемещение рабочих органов станка в исходное положе­ ние. Вручную закрепляют только заготовку и инструмент. В таких станках механические связи заменяют электронными. Для управления используют современные устройства ЧПУ, выполненные на базе мик­ роэвм с сохранением алгоритмов управления и постоянных циклов в запоминающем устройстве. Станки для среднесерийного производ­ ства имеют меньший уровень автоматизации. В них сохраняются механические кинематические связи. С пульта управления устанавли­ вают параметры и режимы обработки, ее цикл и перемещение рабочих органов в исходное положение. Для автоматизации цикла и наладки используют системы с элементами ЧПУ на основе позиционных или контурных систем ЧПУ.

Дальнейшее развитие этой группы станков с ЧПУ — создание переналаживаемых автоматических линий и участков, а также зубообрабатывающих модулей. Модули на основе зубофрезерных станков с ЧПУ имеют магазины инструментов и заготовок, магазин оснастки для ее установки на станке, перегружатели инструмента и магазинов заготовок и оснастки. Управляет модулем система ЧПУ. В автомати­ ческий цикл работы модуля входят автоматическая загрузка заготовок, их обработка и складирование в магазин обработанных деталей, смена

296

инструмента и оснастки, крепление заготовки при соответствующем позиционировании рабочих органов станка.

Зубофрезерный полуавтомат 532А20Ф4 с ЧПУ предназначен для нарезания зубьев прямозубых и косозубых цилиндрических колес с конусным и бочкообразным зубом в единичном и мелкосерийном производстве. Класс точности станка П.

Техническая характеристика станка. Наибольший диаметр обрабатьгеаемых зубчатых колес (прямозубых) 200 мм; наибольший нарезае­ мый модуль 6 мм; пределы частот вращения фрезы 80—-300 мин"^; пределы подач радиальной и вертикальной 1—300 мм/мин, тангенци­ альной 0,5—80 мм/мин; величины подач на быстром ходу, мм/мин: радиальной и вертикальной — 1000; тангенциальной — 500; габарит­ ные размеры станка 3555 х 3250 х 3030 мм.

Система ЧПУ станка работает на базе микроЭВМ «Электроника— 60» типа 2С85—62. Число управляемых координат — 5, одновременно управляемых — 4; коэффициент деления шага 200; дискретность пере­ мещения по координатам X, У— 0,0025—0,001 мм.

На пульте ЧПУ устанавливают следующие параметры обрабатыва­ емого зубчатого колеса: число зубьев Z, модуль /и, ширину венца В, наружный диаметрrfa,синус угла наклона зубьев, направление винто­ вых линий колеса и фрезы, наружный диаметр фрезы ^фр, число ее заходов 2J. На пульте ЧПУ задаются также частоты вращения фрезы при черновом и чистовом рабочих ходах, кодовый номер положения перебора фрезы, номер диапазона подачи и др.

Управление работой полуавтомата производится от постоянных программ, заложенных в память системы ЧПУ, обычно это пять основных наиболее сложных циклов обработки зубчатых колес, на базе которых строятся упрощенные циклы обработки.

Основные механизмы станка приведены на рис. 184. Станина 4 полуавтомата имеет коробчатую форму, по ее прямоугольным направ­ ляющим перемещается стойка с инструментальным суппортом Б. Стойка прижимается к направляющим четырьмя гвдравлическими зажимами. На столе Г размещен шпиндель заготовки, который при­ жимается кронштейном контрподцержки В. Суппорт расположен на каретке, имеющей круговой паз, в который входят гидравлические зажимы суппорта. Для обработки всей номенклатуры заготовок станок должен иметь следующие движения, управляемые от устройства ЧПУ:

главное движение (координата U) — вращение фрезы; подачи: верти­ кальную фрезерной каретки (координата У), радиальную стойки (ко­ ордината X), тангенциальную инструмента (координата 2), вращение детали (координата W^), Перемещение червячной фрезы по коорди­ нате Z применяют при нарезании червячных колес методом протяги­ вания или при нарезании цилиндрических колес для полного использования режущей части фрезы.

Взаимосвязанное вращение приводов по координатам W\ f/, Y

297

,1:2.5.

\z=45 z=70

120

Рис. 184. Кинематическая схема зубофрезерного полуавтомата 53А20Ф4 с ЧПУ

используют для обработки цилиндрических колес; по координатам }V\ и, Уи зубьев Zдля червячных колес и червяков; по координатам У и X— бочкообразных и конусных зубьев.

На станке колеса модулем до 2 мм нарезают за один рабочий ход при точности обработки до 7-й степени. Колеса модулем 3—6 мм нарезают за два рабочих хода при чистовой обработке, также при черновой обработке под последующую чистовую.

На нижнем конце шпинделя заготовки закреплено зубчатое колесо Z= 120 для торможения. Торможение производится гидромотором ГД. Червяк делительной пары выполнен с переменным шагом для регули­ рования зазора в передаче.

Возможны следующие модификации обработки в циклах при из­ готовлении прямозубых и косозубых колес: с радиальным врезанием и без врезания, со встречной и попутной подачей, за один и два рабочих хода; при изготовлении червячных колес: с радиальным врезанием и без врезания, с протяжкой вправо и влево, без протяжки.

1б1нематика полуавтомата выполнена с жесткой связью в цепи деления и безгитарной наладкой связей вращения заготовки и инстру­ мента.

Согласование движений в полуавтомате осуществляется дополни­ тельным вращением дифференциала, встроенного в кинематическую цепь деления. Скорости вращения привода дифференциала согласова­ ны с вращением и перемещением инструмента через интерполяторы устройства ЧПУ.

Главное движение осуществляется от двигателя постоянного тока М] {N= 1 кВт, п = 1200 мйн"^), питаемого от тиристорного преобразо­ вателя. Движение шпинделю фрезы передается через зубчатую пару (36/36), блок Б1, зубчатые пары - (23/23), (23/23), (25/100). При переключении блока Б1 получаем два диапазона частот вращения фрезы 80—180 мин"' и 181—300 мин"^ Частота вращения определяется по формуле

^Ф = (f,60ij/i2,5 X 200 X 4) мин-\

где Лф — частота управления приводом фрезы; 4, — передаточное отно­ шение блока БГ, 2,5 — передаточное число мультипликатора-револь­ вера главного привода; 200 — коэффициент деления шага (взят из характеристики и устройства ЧПУ); 4 — постоянное передаточное число зубчатых колес привода.

Тогда частота управления приводом^ = (100/3)/(А2ф//б1), Гц.

На шпиндель VI насажен маховик со встроенным в него фрикци­ онным тормозом. Тормоз состоит из зубчатых колес (21/86) с переда­ точным отношением на 0,1 больше, чем передаточное отношение колес (25/100), что заставляет их вращаться с проскальзыванием относитель­ но маховика, в котором находятся прижимные кулачки. Усилие при-

299