Зубообрабатывающие станки

Так, образование поверхностей, представленных на рисунках 1.3, в, г, к, л осуществляется, соответственно, на фрезерном, зубошлифовальном, токарном и сверлильном станках, а формообразующая часть их кинематических структур будет одна и та же – Э22. Поэтому закономерности, относящиеся к типовой структуре, можно изучать на примере одного станка, а на других - обратить внимание лишь на их отличительные особенности.

Кинематические структуры некоторых станков состоят из нескольких типовых структур, тогда их именуют частными структурами. Если самая сложная частная структура включает в себя все остальные частные структуры, то одновременно она будет являться и общей кинематической структурой станка.

Так, на зубофрезерных станках многих моделей можно нарезать червячной фрезой косозубые цилиндрические колеса методом диагональной подачи (см. гл. 3) при использовании частной и одновременно общей кинематической структуры станка класса С36, которая включила в себя частную структуру класса С24, применяемую при нарезании такого же колеса методом продольной подачи, частную структуру класса К23, предназначенную для нарезания прямозубых колес (см. рис. 1.3, з), и частную структуру С12, используемую при нарезании червячных колес методом радиального врезания.

Это следует учитывать при выборе последовательности в изучении сложных кинематических схем станков, определяя сначала формообразующие группы, относящиеся к менее сложной типовой структуре, и лишь в конце – к самой сложной, а не наоборот.

Кинематическая структура станка в целом включает в себя группы разного назначения, а основную часть её составляют группы формообразования, деления и врезания.

Эти и другие группы могут иметь общий источник движения (двигатель) или общий рабочий орган (подвижное звено исполнительной кинематической пары) и поэтому должны быть соединены между собой. Характер межгрупповых связей зависит от способа соединения групп.

2.4. Способы соединения кинематических групп

На способ соединения групп существенное влияние оказывает фактор одновременности или неодновременности их работы. Одновременно всегда работают только группы формообразования, и способ их соединения зависит от того, имеют ли они только общий двигатель или только рабочий орган, или и то

24

и другое вместе. Рассмот рим эти случаи на примере упрощенных структур зубодолбёжных и зубофрезерных станков.

1. Группы формообразования зубодолбёжного станка Ф v(П1) и Фs(В2 В3) (см. рис. 1.3, д) имеют об щий двигатель М (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Кинематическая структура зубодолбежного станка (а) и орган ы ее настройки (б)

Кинематическая груп па движения резания Фv(П1) име ет во внутренней связи поступательную кинематическую пару (ПКП), а внешняя ее связь представляет собой цепь от двигателя М до подвижного звена ПКП – штосселя долбяка: М → 1 → iv → 2 → Кд → П1.

В кинематической группе движения подачи Фs(В2 В3) внутренней связью является цепь: В2 → 3 → ix → Р1 → В3, а внешней – цепь: М → 1 → iv → 2 → is → Р2 → 3 (точка присоединения связей).

Группы Фv(П1) и Фs(В 2 В3) соединяются общим участком М → 1 → iv → 2

вобеих внешних связях.

2.Группы формообра зования зубофрезерного станка Фv(В1В2) и Фs(П3 В4) имеют общий рабочий орган – шпиндель заготовки, когда н а нем нарезается червячной фрезой не прямозубое (см. рис. 1.3, з), а косозубое колесо, у которого направляющей производящей линией будет не пр ямая, а винтовая линия, и для её образо вания заготовка должна получить дополнительное вращение, согласованное с перемещением фрезы П3 (см. гл. 3). Для этого во внутренних связях обеих групп необходим суммирующий механизм (рис. 2.4).

25

Рис. 2.4. Кинематическа я структура зубофрезерного станка с отдел ьными двигателями для групп фо рмообразования (а) и органы ее настройки (б)

Внутренняя связь группы Фv(В1В2) – это цепь В1 → 1 → 2 → Σ → Р1 → ix → В2, а внешняя цепь М1 → iv → 1 (точка присоединения связей). В группе Фs(П3В4) внутренняя цепь П3 → 4 → Р2 → iy → 3 → Σ → Р1 → iх → В4 и внешняя М2 → is → Р3 → 4 (точка присоединения связей).

Кинематические группы Фv(В1В2) и Фs(П3В4) имеют общ ий участок Σ → Р1

→ix → В2 (В4) во внутренних связях обеих групп.

3.Те же группы формообразования зубофрезерного станка имеют общий двигатель и шпиндель заго товки (рис. 2.5).

Рис.2.5. Кинематическая стр уктура зубофрезерного станка с общим двигателем для групп формооб разования (а) и органы ее настройки (б)

Для удобства сравнен ия внутренние и внешние связи групп размещены в таблице 2.5 и линиями подчеркнуты общие участки групп в об еих связях.

26

2.5 Связи групп формообразования зубофрезерного станка

Из табл. 2.5 видно, что внешняя связь группы подачи Фs(П3В4) оказывается очень развитой и включает в себя: внешнюю связь группы Фv(В1В2) - М → iv → 1, участок её внутренней связи – 1 → 2, общий участок внутренних связей обеих групп Σ → Р1 → ix → 4 и, наконец, участок 4 → is → Р3 → 5, которого не было на рис. 2.4 и в котором расположены органы настройки данной группы.

Это объясняется прежде всего тем, что для медленного движения Фs(П3В4) целесообразно во внешней связи использовать редукцию скорости в группе Фv(В1В2), в которой участок ix – 4 – В2 является самым тихоходным.

Чтобы нагляднее убедиться в том, что участок 4 → is → Р3 → 5 является составной частью внешней связи группы Фs(П3 В4), суммирующий механизм на рис. 2.5 представлен конструктивной схемой дифференциала с коническими колесами (см. п.2.5). Входами дифференциала, через которые заготовка получает вращения В2 и В4, являются соответственно левое центральное коническое колесо (точка 2) и корпус дифференциала с установленным на нем червячным колесом (точка 3). Червячная передача является самотормозящей, т.е. червяк всегда ведущий, а колесо ведомое, и если прервать цепь между точками 4 и 5, то прервется и работа группы подачи Фs(П3 В4).

Таким образом, группы формообразования, имеющие общим только двигатель, соединяются во внешних связях, только рабочий орган – во внутренних, а при общих двигателе и рабочем органе – и во внешних и во внутренних связях.

При общем двигателе для групп формообразования на рис. 2.5 возможна и бездифференциальная структура (рис. 2.6), в которой дополнительный поворот заготовки В4 для получения правой или левой винтовой линии зуба алгебраически, с высокой точностью, суммируется с В2 в движении обката - Фv(В1В2 ± В4). При этом второе движение становится простым - Фs(П3), но математически связанным с движением В4 и соответственно с группой -

27

Фv(В1В2 ± В4). Поэтому в отличие от дифференциальной структуры, в которой суммирование осуществляется механически и прерывание перемещения П3 автоматически исключит доворот заготовки В4, в бездифференциальной даже кратковременный останов движения П3 недопустим.

Рис. 2.6. Бездифференциальная структура зубофрезерного станка (а) и

органы ее настройки (б)

Что касается соединения групп, то и в этом случае внешняя связь группы Фs(П3) пройдет через внешнюю связь первой группы (участок М → iv → 1), часть её внутренней связи (участок 1 → Р1 → ix → 2) и свой участок с органами настройки на скорость и направление 2 → is → Р2 → П3.

Следует отметить что при нарезании зубчатых колес зуборезным долбяком и червячной фрезой в движениях обката осуществляется и процесс деления.

2.5. Кинематическая настройка станков

Под кинематической настройкой станков понимают настройку необходимых параметров во всех кинематических группах, входящих в состав кинематической структуры станка, для получения изделия с определенными параметрами при заданных режимах обработки. Если данная структура станка является частной, то не участвующие в работе кинематические группы должны быть отключены.

Основные приемы настройки применительно к станкам с механическими связями покажем на примере упрощенных типовых структур, приведенных в предыдущем параграфе, для которых настраиваемые параметры в группах и соответствующие им органы настройки представлены в табличной форме.

Органы настройки, условно показанные в виде ромба со стрелкой внутри и расположенные во внешних и внутренних связях, означают, что в

28

соответствующих цепях на кинематической схеме станка, наряду с постоянными передачами, предусмотрен участок с регулируемым передаточным отношением, зависящим от параметров изделия или режимов обработки, благодаря которому и изменяется (настраивается) передаточное отношение всей цепи. Стрелка внутри ромба указывает на направление передаваемого органом настройки движения от двигателя, что имеет значение как при определении его передаточного отношения, так и при непосредственной наладке станка.

В станках передаточное отношение между ведущим (1) и ведомым (2) валами с установленными на них зубчатыми колесами соответственно Z1 и Z2 принято считать, что i1-2 = n2 /n1 = Z1 /Z2, а не наоборот, как это определено в классической теории механизмов и машин.

Формулы для расчёта передаточного отношения органа настройки определяются по кинематической схеме станка поэтапно в следующей последовательности.

1.В зависимости от назначения органа настройки намечается проходящая через него расчетная цепь (РЦ).

2.Устанавливаются расчетные перемещения (РП) для конечных звеньев этой цепи.

3.В соответствии с расчетными перемещениями составляется уравнение кинематического баланса (УКБ), из которого и находится искомая формула.

Выбор расчетной цепи зависит от того, в какой связи кинематической группы расположен данный орган настройки.

Если он расположен во внутренней связи, то расчетная цепь всегда совпадает со структурной, и её конечными звеньями являются подвижные звенья исполнительных кинематических пар. Например, для органов ix и iy в структуре станка на рис. 2.4 расчетными цепями будут, соответственно, кинематические цепи с конечными звеньями: шпиндель фрезы – шпиндель заготовки и суппорт фрезы – шпиндель заготовки. Для органа настройки, расположенного во внешней связи кинематической группы, расчётная цепь в большинстве случаев не совпадает со структурной, и при её выборе следует исходить из назначения данного органа настройки.

Органы настройки iv и is на структурных схемах предназначены для настройки движений на скорость резания и подачу, соответствующие данному технологическому процессу.

Скорость резания, выбираемая из справочников по режимам резания и измеряемая в м/мин при лезвийной обработке и в м/сек при абразивной,

29

пересчитывается в соответствующую частоту вращения инструмента или заготовки по формулам: n = 1000 v/(πd) [мин-1] и n = 60 ·1000 v /(πd) [мин-1], где d – диаметр инструмента или заготовки, мм. Тогда конечными звеньями расчетных цепей будут двигатель и шпиндель инструмента или заготовки.

При возвратно-поступательном движении инструмента, как, например, в структуре на рис. 2.3, скорость резания пересчитывается в число двойных ходов в минуту долбяка по формуле n = 1000 v / 2ℓ[дв.х/мин], где ℓ - длина хода долбяка в мм, а конечными звеньями расчетной цепи будут двигатель и кривошипный диск, так как за его один оборот долбяк совершает один двойной ход.

Расчетную цепь для органа настройки is выбирают, учитывая вид подачи (линейная или круговая) и наличие или отсутствие у кинематической группы подачи общего двигателя с группой скорости резания.

При отдельном двигателе линейная подача имеет размерность мм/мин, и конечными звеньями расчетной цепи будут двигатель и подвижное звено поступательной кинематической пары. Например, в группе Фs(П3В4) на рис. 2.4 расчетной цепью для органа is будет цепь М2 → is → Р3 → 4 → П3.

При общем двигателе линейная подача имеет размерность мм/об или мм/дв. х (при возвратно-поступательном движении инструмента в группе скорости резания), и началом расчетной цепи для органа is будет не двигатель, а одна из исполнительных кинематических пар группы скорости резания. Так, в движении Фs П3В4) на рис. 2.5 расчетной цепью для is будет цепь шпиндель заготовки – 4 → is → Р3 → 5 → П3.

При круговой подаче, например в группе Фs(В2В3) на рис. 2.3, её следует пересчитать по формуле S мм/дв. х/ πmZдол или S мм/дв. х/ πmZзаг в поворот долбяка или заготовки, приходящийся на 1 дв. ход долбяка. В этом частном случае возможны два варианта расчетной цепи: кривошипный диск – штоссель долбяка или кривошипный диск – шпиндель заготовки, которые в конечном счете должны привести к одному и тому же результату.

Если бы эта кинематическая группа имела отдельный двигатель, то в результате такого же пересчета круговой подачи с размерностью мм/мин были бы получены частоты вращения долбяка или заготовки, и начальным звеном в обоих вариантах расчетных цепей был бы двигатель.

Рассмотренные приемы носят общий характер и могут быть применены при настройке кинематических групп на траекторию и скорость в станках и другого технологического назначения.

30

Расчетные перемещения конечных звеньев любой расчетной цепи должны включать количественный показатель перемещения, его размерность, а также название конечного звена и разделяться в записи знаком →, заменяющим слово «соответствует». Они отражают закономерность согласования, которую должен обеспечить орган настройки, и являются основой для составления уравнения кинематического баланса.

Внаших примерах органы настройки ix и iy настраивают траекторию сложных движений, при этом ix во всех группах обеспечивает получение эвольвентного профиля методом обката.

Вгруппе Фv(В1В2) на рис. 2.3 должны катиться без проскальзывания делительные окружности долбяка и заготовки (рис. 2.7, а).

Рис. 2.7. Расчетные перемещения конечных звеньев расчетных цепей: а - при получении эвольвентного профиля на зубодолбежном станке; б,в - при получении эвольвентного профиля и винтовой линии зуба на зубофрезерном станке

Если долбяку сообщить 1 оборот, то точка а пройдет путь, равный длине делительной окружности долбяка - πmZдол, и такой же путь должна пройти точка b по делительной окружности заготовки, т.е. поворот заготовки должен составить πmZдол / πmZзаг часть оборота. Отсюда расчетные перемещения: 1 об. долбяка → Zдол / Zзаг об. заготовки или, наоборот, 1 об. заготовки → Zзаг / Zдол об. долбяка.

В группе Фv(В1В2) на рис. 2.4 и 2.5 катятся делительная окружность заготовки и средняя линия бесконечной рейки, имитируемой вращением фрезы (рис. 2.7, б). Если фрезе сообщить 1 оборот, то точка а пройдет путь, равный kπm, где k – число заходов фрезы, а заготовка должна повернуться на kπm/πmZзаг часть оборота.

Расчетные перемещения в этом случае запишутся в виде: 1 об. фрезы → k/Zзаг об. заготовки или 1 об. заготовки → Zзаг/k об. фрезы.

31

В сложном движении Фs(П3В4) (см. рис. 2.4 и 2.5) орган настройки во внутренней связи iy обеспечивает получение винтовой линии зуба нарезаемого колеса (рис. 2.7, в) при следующих расчетных перемещениях конечных звеньев:

1 об.заготовки → πmZзаг/sinβ (мм) перемещения фрезы или L мм перемещения фрезы → Lsinβ / πmZзаг об. заготовки.

Обратим внимание на то, что кроме iy для настройки на траекторию во внутреннюю связь введен и реверс, потому что винтовая линия может быть правого и левого направлений.

В группе обката Фv(В1В2) этой же структуры присутствие реверса Р1 объясняется применением червячных фрез с разным направлением винтовых линий, отчего при одном и том же направлении вращения фрез перемещение имитируемых бесконечных реек происходит в разных направлениях. В группе же Фs(В2В3) зубодолбежного станка (см. рис. 2.3) реверс Р1 необходим для нарезания колес с наружным и внутренним зацеплениями.

Бездифференциальная настройка при обработке косозубых колес (см. рис. 2.6) предусматривает измененные расчетные перемещения для гитары деления, которая в этом случае для получения винтового зуба должна обеспечить при относительном перемещении фрезы вдоль оси заготовки на величину Sп мм

расчетные перемещения для гитары деления ix должны учитывать как получение профиля зуба за счет поворота фрезы на Zзаг/k оборота при 1 обороте заготовки, так и винтовой линии по длине зуба и записываться:

Величину подачи Sn в формуле необходимо подставлять с высокой точностью.

При этом способе обработки заменяют кинематическое суммирование движений в дифференциале математическим суммированием в цепи обката. При одноименных направлениях винтовых линий зуба колеса и витков червячной фрезы (желательный случай) в расчетных перемещениях ix берется знак "-", при разноименных – знак "+".

Бездифференциальная структура проще за счет меньшего количества цепей и гитар, отличается большей жесткостью цепи обката. Однако, цепь

32

обката надо настраивать заново при изменении подачи Sn, например при переходе от черновой к чистовой обработке, или при нарезке сопряженного колеса, имеющего противоположный угол наклона винтовой линии. К тому же передаточная величина гитары обката получается дробной, что затрудняет точную настройку важнейшей цепи. Поэтому бездифференциальную настройку используют в крупносерийном производстве.

Нетрудно заметить, что расчетные перемещения для органов настройки на траекторию сложных движений формообразования аналогичны передаточным отношениям соответствующих механических передач, имитируемых инструментом и заготовкой: червяк – червячное колесо, колесо – рейка, винт – гайка и т.д.

Для органов настройки iv и is расчетными перемещениями конечных звеньев являются:

iv – n мин-1 двигателя → n мин-1 инструмента или заготовки и n мин-1 двигателя → n дв.х/мин инструмента (n мин-1 кривошипа – при использовании в приводе кривошипных механизмов). Расчетные перемещения конечных звеньев для органов настройки is приведены в табл. 2.6.

2.6. Расчетные перемещения конечных звеньев для органа настройки is

Уравнение кинематического баланса (УКБ) выражает математическую связь между конечными звеньями расчетной цепи в конкретном станке по его кинематической схеме, содержащей необходимую для этого информацию об

33