Методы обработки на зубофрезерном станке

Зубофрезерные полуавтоматы являются наиболее распространенным типом станков. Это объясняются тем, что они обладают высокой производительностью и универсальностью при достаточно высокой точности обработки. Зубофрезерные станки предназначены для нарезания цилиндрических колес с прямыми и косыми зубьями наружного зацепления, а также червячных колес.

Все зубофрезерные станки работают принципиально одинаково, используя метод обката, для этого заготовке и инструменту (червячной фрезе) сообщаются такие взаимосвязанные вращательные движения, которые выполнялись бы червяком и червячным колесом червячной передачи. Заготовка жестко связывается с делительным червячным колесом, получающим вращение от червяка.

Зубофрезерный станок модели 5К32 широко применяется как в серийном, так и массовом производстве для изготовления цилиндрических колес с прямыми, косыми зубьями и червячных колес. На станке можно обрабатывать зубчатые колеса с попутной и встречной подачей, с радиальной, тангенциальной и диагональной подачей, в один и два прохода. Станок имеет повышенную жесткость, что позволяет работать на повышенных режимах резания. Цикл работы станка автоматизирован. Все рабочие и вспомогательные движения станка - быстрый подвод заготовки к инструменту, быстрый отвод заготовки и инструмента в исходные положения и останов станка- производятся автоматически. Отвод стружки со станка осуществляется шнековым транспортером. Дня зажима и разжима заготовки станок может снабжаться гидромеханическим устройством.

На рис.147 показан общий вид станка, который состоит из следующих основных узлов: станины 1, передней стойки 3, суппорта 4, стола 8, задней стойки 7, салазок 9, верхнего кронштейна 5, пульта управления 2. На горизонтальных направляющих станины 1 установлены подвижные салазки 9 со столом 8 и задней стойкой 7. По направляющим станины перемещаются салазки со столом.

На столе устанавливают зажимное приспособление с обрабатываемым зубчатым колесом 6. К станине станка неподвижно прикреплена передняя стойка 3, внутри которой находятся зубчатые колеса гитары подачи, скорости, деления и т. д., а на вертикальных направляющих установлен суппорт 4 с червячной фрезой, который перемещается под действием ходового винта.

По вертикальным направляющим задней стойки с помощью гидроцилиндра перемещается кронштейн, который служит для центрирования и поддержания верхнего конца зажимного приспособления в процессе резания.

В станине размещается транспортер стружки, электронасос охлаждения, гидропривод, коробка привода. В станине размещается электронасос охлаждения, транспортер стружки, гидропривод, коробка привода с главным электродвигателем и резервуарами охлаждения и смазки. В верхней части станина имеет обработанную горизонтальную плоскость для крепления суппортной стойки и для монтажа кронштейна конических колес. Горизонтальные призматические направляющие предназначены для перемещения салазок стола.

Коробка распределения движений. Коробка крепится к корпусу суппортной стойки с рабочей стороны. Кинематически она входит в цепь подачи, а конструктивно выполнена в виде отдельного узла. Коробка распределяет движения на дифференциал, на радиальную и продольную подачи, а также передает ускоренные перемещения фрезерному шпинделю и столу при работе по циклу и при наладке.

К суппортной стойке относятся: дифференциал, вертикальный шлицевый вал, гитарные механизмы и электродвигатель ускоренных перемещений суппорта стола.

Суппорт имеет пару конических и пару цилиндрических колес, передающих вращение фрезерному шпинделю, который смонтирован в бронзовом регулируемом подшипнике скольжения и в поддерживающий оправку фрезы, также выполнен из бронзы и регулируется.

Каретка суппорта перемещается по вертикальным направляющим, которые несут на себе фрезерный суппорт. В каретке суппорта смонтирована коническая пара зубчатых колес цепи привода фрезы, зубчатое колесо с внутренним зубом для поворота суппорта на угол, цилиндр гидравлической догрузки суппорта и гайка винта продольной подачи, а также передачи тангенциальной подачи.

Стол состоит из корпуса, вращающейся части, делительной червячной пары, цилиндрических зубчатых колес, вращающих делительный червяк, винта радиальной подачи с червячной парой для ручного перемещения стола и механизма упора.

Делительный червяк – двухшаговый, стальной, закаленный, делительное колесо – бронзовое. Механизм упора выключения радиальной подачи стола состоит из винта с гайкой, пары цилиндрических зубчатых колес с перекрещивающимися осями, валика с квадратом и лимба. Гайка упора устанавливается на необходимую величину радиального врезания инструмента.

Коробка подач состоит из цилиндрических зубчатых колес и двух электромагнитных муфт. Различные подачи обеспечивают установкой сменных колес. Для нарезания зубчатых колес с простым числом зубьев из цепи подач исключают электромагнитные муфты путем установки специальных шестерен на входной и выходной валы и промежуточный палец.

Рассмотрим кинематическую схему станка модели 5К32 (рис.148).

Цепь главного вращательного движения. Червячная фреза И вращательное движение получает от электродвигателя М1 (N =7 кВт, n =1460 об/мин) через вал I, клиноременную передачу 116/234, вал II, сменные колеса гитары скорости А/В, вал III, конические колеса 29/29, вал IV, конические колеса, вал V, конические колеса, вал VI, цилиндрические косозубые колеса 17/68, вал VII, шпиндель червячной фрезы.

Уравнение кинематической цепи главного движения:

где n - частота вращения червячной фрезы, об/мин; 0,985 - коэффициент, учитывающий скольжение ременной передачи.

Формула настройки гитары скорости

Изменением сменных зубчатых колес А и В шпинделя фрезы можно сообщить девять различных значений частоты вращения: 50, 63, 80,100, 125, 160, 200, 250 и 315 об/мин.

Цепь деления. Кинематическая цепь деления, связывающая вращательное движение червячной фрезы И и обрабатываемого колеса Д установленного на столе, следующая: червячная фреза, вал VII, цилиндрическая косозубая передача 68/17, вал VI, конические колеса 29/29, вал V, конические колеса 29/29, вал IV, конические колеса 27/27, вал VIII, г дифференциала (27/27 ×27/27), вал IX, колеса 58/58, колеса е/f, вал X, сменные колеса гитары а/b с/d XI, колеса 33/33, вал XII, колеса 35/35, вал XIII, червячная передача 1/96, стол с обрабатываемым колесом Д.

В процессе нарезания зубьев червячная фреза и обрабатываемое колесо должны вращаться подобно зацеплению червяка с червячным колесом. Если однозаходной червячной фрезой нарезается заготовка с числом зубьев 2, то за один оборот фрезы заготовка повернется на один зуб, что соответствует 1/z оборота. Когда фреза имеет k: заходов, то за один оборот фрезы заготовка повернется на k/z оборотов.

Следовательно, расчетные перемещения цепи деления

z/k об.фрезы→1 об.стола.

Уравнение цепи деления

При нарезании цилиндрических колес с прямыми зубьями i_диф=1. Расчетные формулы для настройки гитары деления:

при

при

Цепь вертикальной подачи. Кинематическая цепь вертикальной подачи следующая: стол с обрабатываемым колесом Д, червячная передача 96/1, вал XIII, колеса 35/35, вал XII, колеса 33/33, вал XI, червячная передача 2/26, вал XIV, колеса 44/44, вал XV, сменные колеса, вал XVI, колеса 39/65, вал XVIII, колеса 50/45, вал XIX, колеса 45/45, вал XX, червячная передача 1/24, ходовой винт вертикальной подачи суппорта фрезы с шагом р_в = 10 мм. Вертикальная подача Sв определяется в миллиметрах на один оборот стола, следовательно, расчетные перемещения можно записать:

1об. стола → Sв, мм/об, вертикального перемещения фрезы.

Уравнение кинематической цепи вертикальной подачи

Формула настройки вертикальной подачи

При изменении сменных колес а₁ и b₁ на станке можно получить семь различных значений вертикальной подачи: 0,84; 1,02; 1,67; 2,05; 2,52; 4,10 и 5,00 мм/об.

Цепь радиальной подачи. Радиальная подача (включается электромагнитной муфтой 1ЭМ): стол с обрабатываемым колесом Д червячная передача 96/1, вал XIII, колеса 35/35, вал XII, колеса 33/33, вал XI, червячная передача 2/26, вал XIV, колеса 44/44, вал XV, сменные колеса a₁/b₁, вал XVI, колеса 39/65, вал XVIII, колеса 45/50, колеса 34/61, червячная передача 1/36, ходовой винт радиальной подачи с шагом р_р =10 мм. Радиальную подачу Sр определяют в миллиметрах на оборот стола. Кинематическая связь имеет вид:

1 об. стола→ КSр, мм/об, радиального перемещения стола.

Уравнение кинематической цепи радиальной подачи

Формула настройки радиальной подачи

На станке можно получить семь значений радиальной подачи: 0,25; 0,31; 0,5; 0,62; 0,76; 1,24 и 1,5 мм/об.

Метод радиальной подачи применяется для нарезания зубьев червячных колес фрезой цилиндрической формы.

Фреза и заготовка вращаются в такой же кинематической связи, как при нарезании цилиндрических колес с прямыми зубьями. Гитара деления настраивается по обычным формулам. Радиальная подача осуществляется столом с заготовкой радиально в направлении фрезы.

Цепь тангенциальной подачи фрезы. Метод тангенциальной подачи применяется для нарезания червячных колес червячной фрезой с заборным конусом или резцом- летучкой. В процессе резания вращающееся червячное колесо находится в зацеплении с червячной фрезой, которая кроме вращения перемещается вдоль своей оси с тангенциальной (осевой) подачей Sт. Эту особенность необходимо учитывать при настройке станка, иначе зубья колеса могут быть срезаны. Для устранения этого недостатка число оборотов фрезы относительно стола с обрабатываемым червячным колесом увеличивают или уменьшают на величину Sт/Пmk в зависимости от направления винтовой линии фрезы.

Следовательно, за один оборот заготовки фреза совершит число оборотов, равное z/k+ St/Пmк, где Пm — шаг винтовой линии фрезы.

Расчетные перемещения в этом случае будут соответствовать:

1 об. стола → Sт, мм/об. тангенциального перемещения фрезы.

Кинематическая цепь тангенциальной подачи: стол с обрабатываемым колесом Д червячная передача 96/1. вал XIII, колеса35/35, вал XII, колеса 33/33, вал XI, червячная передача 2/26, вал XIV, колеса 44/44, вал XV, сменные колеса а₁ /b₁, вал XVI, колеса 39/65 вал XVIII, колеса 50/45, вал XIX, колеса 45/45, вал XX, конические колеса 33/22, трехскоростная коробка передач, (i₁ =36/36, i₂ =24/48, i₃=45/26) передающая движение с вала XXIV на вал XXV, колеса 32/40×40/70×70/40, вал XXVI, червячная передача 2/36, колеса 68/40, конические колеса 29/29, вал XXVII, конические колеса 29/29, вал XXVIII, червячная передача 5/48, резьбовая втулка с шагом 12 мм и червячная фреза.

Уравнение кинематической цепи тангенциальной подачи

Формула настройки тангенциальной подачи

где i ₀ - передаточное отношение трехскоростной коробки: 24/48, 36/36, 46/26. Станок имеет 21 значение тангенциальной подачи в пределах 0,14... 3,00 мм/об.

Цепь диагональной подачи фрезы. При диагональном зубофрезеровании червячной фрезе сообщают одновременно две подачи - вертикальную подачу фрезерного суппорта параллельно оси нарезаемого колеса и тангенциальную (осевую) подачу вдоль оси фрезы, в результате чего фреза будет перемещаться по диагонали (под углом) к оси нарезаемого колеса. Станки для диагонального зубофрезерования оснащают универсальным суппортом для непрерывного перемещения фрезы вдоль оси.

Вертикальная подача фрезерного суппорта и тангенциальная подача червячной фрезы при нарезании прямозубого цилиндрического колеса с диагональной подачей связаны следующей кинематической цепью: винт вертикальной подачи XXI, червячная передача 24/1, вал XX, конические колеса 33/22, вал XXIV, трехскоростная коробка XX V, колеса (24/48=1/2,36/36=1, 46/26=23/13), вал XXVI, червячная передача 2/36, колеса 68/40, конические колеса 29/29, вал XXVII, конические колеса 29/29, вал XXVIII, червячная передача 5/48, резьбовая втулка в ступице червячного колеса с шагом 12 мм.

Настройка станка при диагональном методе обработки должна удовлетворять условию: при перемещении фрезерного суппорта пути, равного S_B фреза должна переместиться за это время вдоль своей оси на величину S_Т:

Sв, мм/об, стола→ КS_Т, мм/об, стола.

Уравнение кинематической цепи диагональной подачи

Так как за одно и то же время фреза вдоль своей оси переместится на величину S_Т, а фрезерный суппорт переместится на величину Sв, то можно записать связь между вертикальным и тангенциальным перемещением фрезы:

откуда

где Lp - длина рабочей части фрезы; В - ширина зубчатого венца колеса или пакета колес; S_В - выбирается по нормативам, а величины Lр и В известны.

При диагональном зубофрезеровании необходимо дополнительно производить настройку гитары дифференциала.

Цепь дифференциала. Назначение дифференциала — суммирование двух вращательных движений, передаваемых двумя кинематическими цепями. В зуборезных станках механизм дифференциала применяют для нарезания цилиндрических колес с косыми зубьями, червячных колес с тангенциальной подачей и при диагональном зубофрезеровании.

Рассмотрим настройку гитары дифференциала при диагональном зубофрезеровании. Необходимым условием при этом является следующее: при перемещении червячной фрезы на величину осевого шага заготовка должна повернуться на один зуб при работе однозаходной фрезой.

Кинематическая цепь связывает перемещение ходового винта шпинделя червячной фрезы И с вращением стола обрабатываемого колеса Д: ходовой винт шпинделя червячной фрезы с шагом 12 мм, червячная передача 48/5, вал XXVIII, конические колеса 29/29 вал XXVII, конические колеса 29/29, колеса 40/68, червячная передача36/2, вал XXVI, колеса40/70×70/40×40/32, вал XXV, передаточное число трехскоростной коробки i ₀, вал XXIV, конические колёса 27/27, вал XX, сменные колеса дифференциала а₂/b₂×с₂/d₂, вал XXIII, конические колеса 27/27, червячная передача 1/45, дифференциал, вал IX, колеса 58/58, колеса е/f,вал X, сменные колеса гитары деления а/b×с/d, вал XI, колеса 33/33, вал XII, колеса 35/35, вал XIII червячная передача 1/96, стол обрабатываемого колеса Д. Расчетные перемещения имеют вид

H, мм, ход суппорта →k/z об. стола.

Уравнение кинематической цепи между винтом червячной фрезы и столом:

где Н - шаг винтовой линии фрезы,

Заменяя в приведенном выше уравнении значение передаточного отношения сменных колес гитары деления и решая уравнение, получим формулу

При осевом перемещении фреза получает дополнительное вращение (±0,00307×i₀) от пары цилиндрических колес с косыми зубьями. Формула настройки гитары дифференциала при диагональном зубофрезеровании

В зависимости от направления линии зуба фрезы число оборотов фрезы относительно одного оборота стола может уменьшаться (-) или увеличиваться (+). Расчетные перемещения для дополнительной цепи:

1 об.заготовки→1 об.фрезы.

Уравнение перемещений дополнительной цепи, связывающее вертикальное движение фрезы и заготовки

Произведя замену и i _диф=2 (для косозубых колес), получим окончательную формулу для настройки гитары дифференциала при нарезании косозубых колес

где β- угол наклона линии зуба колеса.

При нарезании червячных колес с тангенциальной подачей настраивают две цепи: основную и дифференциальную. Основную цепь рассчитывают, как при нарезании червячного колеса с радиальной подачей. По дифференциальной цепи фрезе сообщают дополнительное число оборотов, равное

Расчетные перемещения имеют вид 1об.заготовки → об.фрезы.

Формула настройки гитары дифференциала при нарезании червячных колес методом тангенциальной подачи

Цепь ускоренной вертикальной подачи. Движение осуществляется следующим образом: электродвигатель М2, цепная передача 25/25, вал ХVII, колеса 36/60, вал ХVIII, колеса 50/45, 45/45, вал XX, червячная передача 1/24, винт вертикальной подачи с шагом р_в =10 мм.

Расчетные перемещения имеют вид:

n, об/мин эл.двигателя М2→Sв.у. мм/мин суппорта.

Уравнение кинематической цепи ускоренной вертикальной подачи

Величина ускоренной подачи Sв.у =500 мм/мин.

Цепь ускоренной радиальной подачи. Электродвигатель М2, цепная передача 25/25, вал XVII, колеса 36/60, вал XVIII, колеса 34/61, червячная передача 1/36, винт радиальной подачи стола с шагом р_в =10мм.

Уравнение кинематической цепи ускоренной радиальной подачи

Величина ускоренной радиальной подачи Sр.у. =120 мм/мин.