5.1.2. 3Убофрезерные станки

Основное технологическое назначение зубофрезерных станков состоит в нарезании зубьев цилиндрических колес с прямыми и косыми (винтовыми) зубьями и зубьев червячных колес. В силу высокой производительности, универсальности и точности обработки эти станки получили широкое применение в машиностроении. В качестве режущего инструмента применяется модульная червячная фреза, устанавливаемая на оправке шпинделя фрезерного суппорта. Она представляет собой совокупность режущих реек, расположенных на цилиндре и смещенных одна относительно другой по винтовой линии.

При зубофрезеровании может быть использована одна из схем обработки (рис. 5.7), каждая из которых имеет свои особенности.

Из схем а и б наиболее часто применяется схема встречного фрезерования, не требующая применения особой конструкции гайки винтовой пары для устранения в ней люфта. При обработке по схеме в червячная фреза первоначально врезается на высоту зуба, а затем включается осевая подача и осуществляется встречное или попутное фрезерование.

а			б
в			г
д	е			ж

Рис. 5.6. Схемы зубофрезерования при нарезании зубьев: а – прямозубых колес; б – косозубых колес; в – косозубых колес с пово­ротом суппорта фрезы; г – косозубых колес с поворотом заготовки; д, е, ж – червячных колес методом радиальной и осевой подачи, летучим резцом

Для получения равномерного износа зубьев вдоль червячной фрезы ее периодически передвигают в осевом направлении. Диагональное зубофрезерование осуществляется при одновременном включении осевой и радиальной подач, благодаря чему зубья фрезы изнашиваются равномерно и повышается эффективность процесса.

Червячная фреза является универсальным инструментом, т. к. с ее помощью можно нарезать колеса с любым числом зубьев, величиной смещения исходного контура и углом наклона (для косозубых колес) при одном и том же значении модуля и угла зацепления.

а б

в г

Рис. 5.7. Схемы обработки на зубофрезерном станке: 1 – попутное;

2 – встречное; 3 – радиально-осевое; 4 – диагональное

При нарезании косозубых колес ось фрезы устанавливают таким образом, чтобы направление витков червячной нарезки совпадало с направлением зубьев обрабатываемого колеса (рис. 5.8).

Структурная схема зубофрезерного станка приведена на рис. 5.9.

При нарезании прямозубого колеса действуют две кинематические группы формообразования: по профилю зуба и по его длине. Группа формообразования Ф_v(В₁В₂) по профилю имеет две связи: внешнюю и внутреннюю. Внешняя связь – цепь главного движения, обеспечивающая передачу движения от двига­теля М1 к фрезе (В₁).

Расчетное перемещение: n_М об/мин  n_ф об/мин.

Внутренняя связь – цепь обката, обеспечивающая заданный профиль нарезаемого зуба.

а б в

Рис. 5.8. Установка шпинделя фрезы относительно нарезаемых цилиндрических колес: а – при разноименных направлениях винтовых линий на фрезе и на колесе; б – при одноименных направлениях винтовых линий на фрезе и на колесе; в – прямозубых;  – делительный угол подъема линии витка фрезы;  – угол наклона суппорта фрезы

Рис. 5.9. Структурная схема зубофрезерного станка

Расчетное перемещение: 1 об. фрезы  об. заготовки,

где К – число заходов фрезы; Z₃ – число зубьев нарезаемого колеса.

Внутренняя связь – цепь подачи с поступательным движением фрезы (П₄).

Расчетное перемещение: 1 об. заготовки  S_в,

где S_в – вертикальная подача, мм/об.

При нарезании косозубого колеса в группе формообразования Ф_s(В₃П₄) зуба по длине вступает в работу еще одна связь, которая обеспечивает движение В₂, перемещающее фрезу вдоль винтового зуба.

Расчетное перемещение этой внутренней связи: 1 об. заготовки  Т, где 1 об. заготовки – движение В₃, которое должна получить заготовка независимо от В₂;

– шаг винтовой линии зуба;

 – угол наклона зуба.

Как видно из структурной схемы, заготовка должна участвовать в двух различных по характеристикам движениях, которые могут происходить с разной скоростью и в разных направлениях. Поэтому в структуре станка должен быть предусмотрен суммирующий механизм, например такой, как показан на рис. 5.9. В приведенной структурной схеме он обозначен .

Нарезать косозубое колесо можно и не прибегая к суммированию движений В₂ и В₃, исключая дифференциал.

Бездифференциальная структура проще за счет меньшего количества цепей и гитар, отличается большей жесткостью цепи обката. Однако цепь обката надо настраивать заново при изменении подачи S_п, 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 бездифференциальная настройка используется в крупносерийном производстве.

Общий вид зубофрезерного станка приведен на рис. 5.10.

Рис. 5.10. Общий вид зубофрезерного станка

На станине 1 станка (рис. 5.10.) расположены салазки 2 стола 3. Стол может перемещаться в радиальном направлении. Слева на станине размещена стойка 4, на вертикальных направляющих которой установлен суппорт 5 с фрезерной головкой 6. Благодаря наличию поворотного круга фрезу вместе с фрезерной головкой можно поворачивать на заданный угол. Справа на столе расположена стойка 7; по ее вертикальным направляющим перемещается кронштейн 8, поддерживающий верхний конец оправки, на которую устанавливается заготовка.

Зубофрезерный станок мод. 53А50 предназначен для нарезания червячными фрезами цилиндрических и червячных колес в условиях единичного или серийного производства. Наибольший модуль обрабатываемых колес – 10 мм.

Станок (рис. 5.11) имеет вертикальную компоновку: оправка с заготовкой закрепляются вертикально на столе 4 и могут удерживаться сверху контрподдержкой 3. Шпиндель червячной фрезы расположен на суппорте 2 и вращается согласовано с заготовкой. Протяжная часть суппорта (ползушка) может перемещаться вдоль оси фрезы (движение тангенциальной, т.е. касательной к окружности заготовки, подачи). Суппорт соединен с кареткой и вместе с ней движется по вертикальным направляющим стойки 1 (движение продольной подачи). Стойка закреплена на станине 5. На горизонтальных направляющих станины базируются салазки стола, которым сообщается движение радиальной подачи.

Цепь главного движения соединяет трехскоростной электродвигатель М1 со шпинделем VIII фрезы. Переключением обмоток электродвигателя и настройкой гитары скоростей получают 16 скоростей (частот вращения) фрезы. Уравнение кинематического баланса для цепи главного движения:

= п_ф.

Формула настройки гитары скоростей:

Цепь обката согласовывает движения червячной фрезы и заготовки, связывая валы VIII, VII, VI, V, XIV, XV, ..., XXII. Сменные колеса с, d, e, f составляют гитару деления (обката). Зубчатые колеса g и h расширяют диапазон настройки.

Уравнение кинематического баланса для цепи обката: