Кинематическая схема зубофрезерного станка

Зубофрезерные станки является видом фрезерного оборудования, главная задача которого – нарезка червячных и цилиндрических изделий. Зуб закрепления имеет прямую форму.

Изделия обрабатываются с помощью модульных фрез, которые могут иметь разную форму. Наиболее распространенными считаются дисковые и червячные фрезы, пальцевые используются реже.

Введение

Зубофрезерный станок предназначен для создания цилиндрических изделий. Если оборудование содержит вертикальный и радиальный ходовой винт, аппарат становится пригодным для создания червячных колес. Для этого используются червячные модульные фрезы.

Наилучшими считаются универсальные зубофрезерные станки, которые содержат 3 ходовых винта.

Принцип создания цилиндрических и червячных изделий базируется на обкате и копировании заготовки. Вид обработки зависит оборудования передвижного винта.

Кроме того, станки различаются по расположению оси заготовки – вертикальные и горизонтальные. Станки разделяются на два типа, но схожи по составу конструкции.

Вертикальные станки состоят из станины и инструментальной стойки. Имеют подвижную стойку или передвижной стол, который двигается в радиальном направлении. Есть и дополнительный подвижной стол, который двигается по вертикали.

Горизонтальные станки предназначаются для работы с изготовками повышенной сложности. Подвижная стойка перемещается по горизонтали. Горизонтальные станки для нарезания изделий маленького размера имеют специальный подвижной стол, который используется для поддержки изделия.

Ниже вы найдете подробную информацию о работе станков.

Основные параметры

Давайте подробно ознакомимся с техническими характеристиками оборудования.

Как уже говорилось, оборудование предназначается для создания червячных и цилиндрических изделий, а также разделяется на 2 типа – вертикальный и горизонтальный.

Оборудование имеет прямой и винтовой зуб зацепления. Профиль детали может быть образован по-разному, в зависимости от вида обработки. Зубовая форма различается только по длине, определяется с помощью касания.

Структура оборудования с методом копирования проста и включает три группы:

1. ФВ(B1).
2. ФС(П2).
3. Деление Д(B3).

Оборудование, которое базируется на методе обката, также разделяются на группы:

1. ФВ (B1 B2) – зубовой профиль.
2. ФС(П3) – прямозубый профиль.
3. ФС (П3 B4) – профиль косой формы.

При копировании заготовок режущие части инструментов должны соответствовать форме зубчатого колеса. После нарезания впадин головка поворачивается, 1 впадина – 1 поворот зубьев. Для поворота используется метод деления, который осуществляется особым внутренним механизмом.

При обкатке материала, зубчатые колеса начинают непрерывно двигаться. Движение осуществляется главным инструментом обработки. От типа движения зависит тип накатывания – горячее или холодное.

Методы обработки

Изготовление червячных изделий осуществляется другими методами. Для обработки используются 2 типа врезания – радиальный и тангенциальный.

• Радиальный метод обработки – осуществляется с помощью радиального перемещающего винта. Во время работы совершается одно движение (ФУ – B1B2), которое производит деление и формирование поверхности зубьев.

  Как добиться качественной фрезеровки МДФ на станках ЧПУ

Для радиальной обработки используется одно врезающее движение (БП – П7).

• Тангенциальный метод обработки – используется гораздо реже чем радиальный метод, но ничуть не хуже.

Главными рабочими механизмами являются винт тангенциального перемещения и червячная модульная фреза, с конусом в виде забора.

Для формирования зубьев и делительных операций используется такое же движение, как и при первом методе (ФУ – B1B2). Но боковые поверхности зубьев формируются 2 раза, первый уже обсудили, а второй проходит одновременно с врезанием фрезы в заготовку.

Для тангенциального врезания фрезы, а именно конусной части, осуществляется движение ФS2 – П5B6.

Примеры станков

• Для примера возьмем зубофрезерные станки 53A50, 53A50H, 53A80H и 53A80 с вертикальным расположением.
• Они базируются на нескольких методах врезания и используются для обработки сразу нескольких видов материалов, как червячных изделий, так и цилиндрических колес.
• Станки подходят для серийного производства и домашней мастерской.
• В следующих разделах вы сможете подробно ознакомиться с устройством некоторых станков, а также изучить паспорт оборудования.

Область применения

Виды фрезерного и зубофрезерного оборудования разделяются на специальные группы, которые разделяют их по назначению.

В списке металлорежущего оборудования зубофрезерные станки относятся к 5 группе. В группе оборудование занимает третье место.

Зубофрезерные станки относятся к специальной группе производительного оборудования. Назначение группы состоит в том, чтобы качественно обрабатывать червячные, зубчатые и цилиндрические изделия.

Кроме того, оборудование подходит для изготовки звездочек цепной передачи и храповых изделий.

Виды станков

Существует множество зубофрезерных станков, которые отличаются друг от друга по незначительным признакам. В нашей статье для примера будут использоваться модели 5К32 и 5К32А. Из названия можно понять, что эти модели имеют огромное сходство.

5К32

Произведен на Егорьевском станкостроительном заводе Комсомольце.

Область применения

1. Фрезеровка колес цилиндрической и зубчатой формы.
2. Обработка червячных изделий, с помощью передвижного радиального винта.
3. Используются на малых и средних предприятиях. Подходит как для домашней мастерской, так и для небольших и средних цехов.

Метод обработки

В основе обработки лежит метод обката. С его помощью нарезают колеса зубчатой формы. Используются различные методы зубофрезерования – встречный и попутный. Подача также осуществляется по-разному: стандартными методами и по диагонали.

5К32А

Произведен на Егорьевском станкостроительном заводе Комсомольце.

Область применения

1. Фрезеровка колес цилиндрической и зубчатой формы.
2. Обработка червячных изделий, с помощью передвижного радиального винта.

Основное отличие от своего родственника 5К32 – узкая направленность. Если первая модель отлично подходит для малых мастерских и средних производств, то 5К32А используется на средних и особо крупных промышленных предприятиях.

  Процесс фрезеровки печатных плат на станках ЧПУ

Метод обработки

Для нарезания колес зубчатой формы, заготовки и фреза обкатываются и выпускают готовое колесо. Используется несколько видов зубофрезерных работ: встречный метод обработки и попутный. Подача осуществляется двумя путями: обычным и по диагонали.

При подаче по диагонали, обработка проходит особым образом. Фреза перемещается не только по собственной оси, но по длине обрабатываемого зуба. Из-за этого повышается стойкость фрезы.

Конструкция зубофрезерного полуавтомата 5К32 и 5К32А

Ниже мы рассмотрим детальное описание каждой модели зубофрезерного оборудования.

Габариты рабочего пространства

Модель 5К32А имеет более высокие габариты нежели 5К32, а значит и рабочего пространства понадобится намного больше. Теперь понятно, почему модель А хуже подходит для домашних мастерских.

Габариты рабочего пространства 5K32 и 5K32A. Схема:

Посадочные и присоединительные базы

1. Если взглянуть на картинку, которая показана ниже, то можно увидеть, что она схема посадочных и присоединительных баз практически одинакова для каждой модели.
2. У модели 5К32А есть небольшое отличие, которое также связано с её большими габаритами.
3. Посадочные и присоединительные базы. Схема:

Расположение органов управления

• Модели станков практически идентичны по своему строению, а значит и расположение управляющих механизмов идентично.
• Расположение органов управления. Схема:

Характеристика работы основных узлов

1. Станина – основание станка. Закрепляет стойку суппорта и отвечает за перемещение станка.
2. Стол – перемещается вдоль станины. Подает заготовки и обрабатываемые материалы
3. Контрподдержка – соединяется с основным корпусом.

   Отвечают за перемещение откидного кронштейна.

4. Суппорт – устанавливает и поворачивает фрезу.
5. Каретка – перемещает суппорт в вертикальном направлении.

6. Стойка суппортов – вмещает в себя несколько составляющих основного механизма, включая коробку подач и электрошкаф.
7. Гидропривод.

Техника безопасности

Техника безопасности имеет ряд требований, которые должны выполняться обязательно. Пункты разделяются на несколько списков.

Требования:

1. Допускать к работе только обученных людей.
2. Выполнять только порученные задачи.
3. Рабочий должен находиться в специальной униформе.
4. Скользкий пол оснащается специальным покрытием.

Требования перед началом работы:

1. После принятия станка от другого рабочего убедитесь в том, что рабочее пространство находится в чистоте.
2. Наличие хорошего освещения.
3. Требуется проверка исправности станка. Также убедитесь в наличии требуемого количества смазки.

Требования во время работы:

1. Деталь закреплять правильно и как можно надежнее.
2. Для закрепления и обработки использовать специальные инструменты.
3. Для установки и снятия крупных деталей использовать средства для подъема грузов.
4. Не вводить руки в опасное место при фрезеровке.

Зубофрезерный станок

Зубофрезерный станок (рис. 365) предназначен для нарезания цилиндрических прямозубых, косозубых, а также червячных колес.

Рис. 365. Общий вид зубофрезерного станка.

Основными узлами зубофрезерного станка являются: станина 1; неподвижная стойка 3; стол 2; поддерживающий кронштейн 4; верхняя поперечина 5; фрезерный суппорт 6; подвижная стойка 7; автоматический выключатель вертикальной подачи 8; гитара деления 10; гитара подач 9; гитара дифференциала 11 и гитара скоростей вращения фрезы (на рис. 365 не видна, так как находится с противоположной стороны).

К станку прилагается дополнительный (протяжный) суппорт, позволяющий производить нарезание червячных колес с осевой (тангенциальной) подачей фрезы.

Кинематическая схема станка (рис. 366) состоит из пяти кинематических цепей: скоростной, делительной, вертикальной подачи, горизонтальной подачи и дифференциальной.

Рис. 366. Кинематическая схема зубофрезерного станка

Скоростная цепь связывает число оборотов главного электродвигателя с числом оборотов червячной фрезы в минуту. При помощи этой кинематической цепи устанавливается заданная скорость резания, которая считается равной окружной скорости червячной фрезы на наружном диаметре.

• Уравнение кинематического баланса скоростной цепи имеет следующий общий  вид:
• nф = nэд ּ i1 ּ iск,
• где nф
  — число оборотов фрезы в минуту; nэд
  — число оборотов вала главного электродвигателя в минуту; i1
  — передаточное отношение всех постоянных кинематических пар в скоростной цепи; iск
  — передаточное отношение сменных колес гитары скоростей.
• Вращательное движение к фрезе поступает от электродвигателя, имеющего N = 2,8 квт и nэ ּ д = 1420 об/мин, через вал I; клиноременную передачу со шкивами диаметрами 105 и 224 мм; вал II; зубчатые колеса (всюду указывается число зубьев) 32/48; вал IV; сменные зубчатые колеса скоростной гитары с iск(другой путь — с вала IV через зубчатые колеса 35/35 на вал III, изменяющий направление вращения, и далее через сменные зубчатые колеса с iск на вал V; вал V; конические зубчатые колеса 24/24; вал VI; конические колеса 24/24; вал VII; конические колеса 17/17; вал VIII; зубчатые колеса 16/64; вал IX,  который является шпинделем червячной фрезы.
• Подставив значения кинематических пар в уравнение баланса скоростной цепи, получим

1. Отсюда
2. iск = 2,9V/dф, где V — выбранная скорость резания в м/мин; dф — диаметр червячной фрезы в мм.
3. Зная iск, находим числа зубьев сменных колес гитары скоростей:
4. iск = a/b.

Делительная цепь связывает число оборотов червячной фрезы с числом оборотов заготовки колеса. За один оборот фрезы заготовка должна повернуться на k/Z оборотов, где k — число заходов фрезы, a Z — число зубьев нарезаемого колеса.

Уравнение кинематического баланса делительной цепи имеет следующий общий вид:

k/Z = 1об.фр. ּ i2 ּ iд ּ iдел ּ i0 …,

где i2 — передаточное отношение всех постоянных кинематических пар делительной цепи: iд — передаточное отношение дифференциала (для делительной цепи iд = 1 и iд = 1/2); iдел
— передаточное отношение сменных колес гитары делений; i0 — передаточное отношение зубчатых колес перебора станка

Кинематическая связь между фрезой и заготовкой в делительной цепи осуществляется через вал IX, зубчатые колеса 64/16, вал VIII, конические колеса 17/17, вал VII, конические колеса 24/24, вал VI, конические колеса 24/24, вал V, зубчатые колеса 46/46, дифференциал с iд, вал X, перебор с i0, вал XI, сменные зубчатые колеса делительной гитары с iдел, вал XII, червячную пару 1/96, которая приводит во вращение стол станка.

Подставив значения кинематических пар в уравнение баланса делительной цепи, получим:

• При Z < 162 устанавливается i0 = 1, а при Z ≥ 162 — i0 = 1/2 при нарезании прямозубых колес устанавливается iд = 1, а при нарезании косозубых колес — iд = 1/2.
• Отсюда
• iдел = 24/iд ּ i0 ּ k ּ Z …  .
• Зная iдел гитары подбирают сменные зубчатые колеса делительной гитары
• iдел = e/f ּo/l …  .

Цепь вертикальной подачи фрезерного суппорта связывает  вертикальное перемещение червячной фрезы с вращением заготовки. За один оборот заготовки фреза должна переместиться на величину вертикальной подачи Sв мм/об заготовки.

Уравнение кинематического баланса цепи вертикальной подачи имеет следующий общий вид:

Sв = 1об. заг ּ iз ּ iв ּ tx ּ в. …,

1. где i3 — передаточное отношение всех постоянных кинематических пар в цепи вертикальной подачи; iв — передаточное отношение сменных зубчатых колес гитары подач; tx ּ в — шаг винта-вертикальной подачи ( tx ּ в = 10).
2. Кинематическая связь между вращением заготовки и вертикальным перемещением фрезерного суппорта осуществляется последующей цепи: вращение стола станка, червячная пара 96/1, вал XII, червячная пара 2/24, вал XIII, сменные зубчатые колеса гитары вертикальной подачи с iв, вал XIV, кулачковая муфта, вал XV, зубчатые колеса 45/36, вал XVII, конические колеса 19/19, вал XVIII, конические колеса 16/16, вал XIX, червячная  пара 4/20, вал XX, червячная пара 5/30, однозаходный винт вертикального перемещения фрезерного суппорта с шагом tx ּ в = 10 мм.
3. Подставив значение кинематических пар в уравнение баланса цепи вертикальной подачи, получим

• Отсюда
• iв = 3/10 Sв …  .
• Зная iв, подбирают сменные зубчатые колеса гитары вертикальной подачи фрезерного суппорта по формуле
• iв = m/n ּ p/q.

Цепь горизонтальной подачи подвижной стойки станка, на которой смонтирован фрезерный суппорт, связывает горизонтальное перемещение фрезы с вращением заготовки. За один оборот заготовки подвижная стойка с фрезой должна переместиться на величину горизонтальной подачи (Sг мм/обзаг).

1. Уравнение кинематического баланса цепи горизонтальной подачи имеет следующий общий вид:
2. Sг = 1об. заг ּ i4 ּ iг ּ tх ּ в … ,
3. где i4 — передаточное отношение всех постоянных кинематических пар в цепи горизонтальной подачи; iг — передаточное отношение сменных зубчатых колес гитары подач; tх ּ в — шаг винта горизонтальной подачи (tх ּ в= 10).
4. Кинематическая связь между вращением заготовки и горизонтальным перемещением подвижной стойки станка осушествляется по следующей цепи: вращение стола станка, червячная пара 96/1, вал XII, червячная пара 2/24, вал XIII, сменные зубчатые колеса гитары горизонтальной подачи с iг, вал XIV, кулачковая муфта, вал XV, зубчатые колеса 45/36, вал XVII, конические колеса19/19, вал XVIII, конические колеса 16/16, вал XIX, червячная пара 4/20, вал XX, зубчатые колеса 10/20, вал XXI, червячная пара 4/20, вал XXII, зубчатые колеса 10/20, вал XXIII, конические колеса 20/25 на однозаходный винт горизонтального перемещения стойки с шагом tх ּ в 10 мм.Подставив значения кинематических пар в уравнение баланса цепи горизонтальной подачи, получим

Отсюда

iг = 5/4 ּ Sг …

Зная iг, подбирают сменные зубчатые колеса гитары горизонтальной подачи подвижной стойки вместе с фрезерным суппортом по формуле

iг = m/n ּ p/q …

Дифференциальная цепь сообщает дополнительное вращение заготовке колеса и производит алгебраическое суммирование ± Δ дополнительного и основного вращательных движений, сообщаемых столу станка (заготовке).

Эта кинематическая цепь используется при нарезании колес с косыми (винтовыми) зубьями, а также при нарезании червячных колес с тангенциальной подачей.

При нарезании косозубых цилиндрических колес кинематическая связь осуществляется из следующего условия: за T/tх ּ в — оборотов винта вертикального перемещения фрезерного суппорта заготовка колеса, установленная на столе станка, должна получить один дополнительный оборот (здесь Т — шаг винтовой линии зубьев нарезаемого колеса, a tx ּ в — шаг винта станка для вертикального перемещения фрезерного суппорта).

Геометрический смысл указанной связи иллюстрируется разверткой винтовой линии на плоскость (рис.

367), которая показывает, что при нарезании косозубого колеса направление перемещения червячной фрезы определяется как результат сложения двух перемещений: вдоль оси колеса и по линии начального цилиндра.

Здесь также видно, что при осевом перемещении, равном Т, перемещение по развертке начального цилиндра равно πd. Это является наглядным доказательством сформулированного выше условия.

Рис. 367. Развертка винтовой линии.

• Уравнение кинематического баланса цепи дифференциальной настройки имеет следующий общий вид:
• T/tx ּв ּ i5 ּ iдиф ּ iо ּ iд ּ iдел = дополнительному обороту заготовки.
• где i5 — передаточное отношение всех постоянных кинематических пар от винта вертикального перемещения фрезерного суппорта до вращения стола станка в цепи дифференциальной настройки; iдиф — передаточное отношение сменных зубчатых колес гитары дифференциала.
• Кинематическая связь между гайкой винта вертикальной подачи и столом осуществляется по следующей цепи: от однозаходного винта с шагом tx ּв = 10, через червячную пару 30/5, вал XX, червячную пару 20/4, вал XIX, конические колеса 16/1, вал XVIII, коническую пару 19/19, зубчатые колеса 36/45, вал XV,  iдиф вал XVI, червячную пару 1/30, iд, вал X, iо, вал XI, iдел, вал XII, червячную пару 1/96 на вал, вращающий стол с заготовкой.
• Подставив значения кинематических пар в уравнение баланса цепи дифференциальной настройки, получим

Для цепи дифференциальной настройки значения iд = 2, а

iдел = 24k/ iо ּZ.

Шаг винтовой линии зуба (Тшаг) можно представить следующим выражением (см. рис. 367):

1. где tо — окружной шаг; tн — нормальный шаг; mн — нормальный модуль; β — угол наклона зуба нарезаемого колеса.
2. Решая относительно iдиф, получим окончательный вид настроечной формулы:
3. iдиф = 25 sin β/πmнk … ,где k — число заходов червячной фрезы.
4. Зная iдиф, подбирают сменные зубчатые колеса гитары дифференциала:

iдиф = c/d ּ h/u …

Для ускоренных перемещений (в нерабочем состоянии) подвижной стойки и фрезерного суппорта в кинематическую схему включен особый привод от фланцевого электродвигателя N = 1 квт с nэд = 1400 об/мин.

Ускоренное перемещение стойки  (рис. 366) осуществляется по следующей цепи: зубчатые колеса 16/42, вал XV, зубчатые колеса 45/36, конические колеса 19/19, вал XVIII, конические колеса 16/16, вал XIX, червячная пара 4/20, вал XX, зубчатая пара 10/20, вал XXI, червячная пара 4/20, вал XXII, зубчатые колеса 10/20, вал XXIII, конические колеса 20/25 и на однозаходный винт с шагом tx ּв = 10 мм.

Ускоренное перемещение фрезерного суппорта до вала XX осуществляется по той же цепи, а затем через червячную пару 5/30 на однозаходный винт с шагом tв ּ x = 10 мм.

Кинематическая схема протяжного суппорта приводится на рис. 366.

Настройка и наладка зубофрезерного станка. В понятие настройка зубофрезерного станка входит расчет передаточных отношений сменных зубчатых колес настраиваемых гитар, подбор колес и установка их на станке.

В понятие наладка станка входят подготовительные работы, связанные с установкой червячной фрезы на оправке, установкой подсобранной оправки во фрезерном суппорте и выверкой ее до необходимой точности.

Сюда также относится установка и очень тщательная выверка на станке приспособления или оправки для точной фиксации и крепления заготовок нарезаемых колес. И, наконец, установка подвижной стойки станка на глубину нарезания зубьев, а также автоматического выключателя подачи на нужное положение.

Зубчатые колеса до модуля 4 нарезаются за один проход, а колеса, начиная с модуля 4 и выше, нарезаются за несколько проходов.

Чтобы нарезать правильную форму зубьев, поворотная часть фрезерного суппорта с установленной в нем червячной фрезой поворачивается на угол ω, при котором нитки фрезы, обращенные к заготовке, становятся параллельно зубьям колеса.

При нарезании колес с прямыми зубьями ось фрезы устанавливается к торцу заготовки колеса под углом, равным углу подъема λ винтовой линии зубьев у фрезы.

При нарезании колес с косыми зубьями ось фрезы устанавливается к торцу заготовки колеса под углом ω = β ± λ, где β — угол наклона винтовой линии зубьев у колеса по делительному цилиндру. При различных направлениях винтовых линий у колеса и фрезы берется знак плюс перед λ, а при одинаковых направлениях — минус.

Для нарезания червячных колес ось фрезы устанавливается в средней плоскости заготовки колеса и перпендикулярно ее оси вращения.

Зубофрезерные станки

Среди всего металлообрабатывающего оборудования следует выделить зубофрезерные станки. В принятой системе классификации их вынесли в отдельную группу. Станки зубофрезерные горизонтальные, вертикальные или иной разновидности применяются для получения зубчатого эвольвентного профиля. Получение сложной поверхности проводится методом обкатки.

Зубофрезерный станок

Где применяются?

Модели зубофрезерных станков могут отличаться по достаточно большому количеству характеристик, не получили столь широкого распространения как оборудование токарной или фрезерной группы. Поэтому они применяются в:

1. Машиностроительной отрасли промышленности.
2. Авиационной и автомобильной отраслях промышленности.
3. Приборостроении.

Универсальный зубофрезерный станок устанавливается с иным металлообрабатывающим оборудованием, так как обработка на зубофрезерных станках не позволяет изменить диаметральный размер цилиндрической формы. В продаже можно встретить модели, пригодные для применения в серийном, мелкосерийном и крупносерийном производстве.

Вертикальный зубофрезерный станок
Общий вид зубофрезерного станка

Основные технические параметры

Данный вид станков обладает достаточно большим количеством технических характеристик. При этом настройка зубофрезерного станка позволяет провести изменение некоторых параметров, что позволяет одну панель применять для получения зубчатых колес с различными параметрами.

Зубофрезерные станки имеют следующие основные технические характеристики:

1. Настройка зубофрезерного станка с учетом диаметра венца и максимального размера модуля зуба
2. Важным показателем можно назвать ширину зубчатого венца.
3. Проводя расчет гитары дифференциала зубофрезерного станка можно задавать режим обработки при нарезании зубьев под углом. При этом угол может устанавливаться в определенном диапазоне.
4. Рассматривая универсальный зубофрезерный станок отметим, что конструкция имеет суппорт, перемещающийся в вертикальном и поперечном направлении. Важным моментом является максимальный показатель перемещения.
5. Классическое устройство зубофрезерного станка имеет узел, в котором проводится крепление режущего инструмента. Ручная установка или устанавливаемые системы ЧПУ для зубофрезерных станков могут устанавливать скорость вращения режущего инструмента в определенном диапазоне.
6. Устанавливаемые зубофрезерные станки имеют технические характеристики, которые определяют диапазон подачи. Она может быть ручной или механической, быть вертикальной, тангенциальной и радиальной.
7. Принцип работы основан на передаче вращения от основного электродвигателя через привод режущему инструменту и креплению заготовки. Именно поэтому одним из основных показателей является мощность основного электродвигателя. Кроме этого горизонтальный или вертикальный зубофрезерный станок может иметь несколько двигателей, каждый отвечает за выполнение определенных задач.
8. Различные зубофрезерные станки имеют разные габаритные размеры. Стоит учитывать тот момент, что размеры оборудования определяют не только особенности его установки, но и некоторые эксплуатационные качества. Так с увеличением габаритных размеров зачастую увеличивается ход суппорта и режущего инструмента, а также увеличиваются размеры стола.
9. Вес может варьироваться также в большом диапазоне.

Формулы настройки гитар зубофрезерных станков

Гитара деления зубофрезерного станка может также существенно отличаться в зависимости от особенностей конкретной модели. Это должны учитывать проводя расчет гитары деления зубофрезерного станка.

Рассматривая зубофрезерный станок и принцип работы следует уделить внимание тому, какая у него компоновка. По данному показателю можно выделить следующие группы:

1. Вертикальная ориентация оси заготовки. Компоновка зубофрезерных станков определяет особенности обработки, имеют подвижный стол. Компоновка применяется при производстве универсальных моделей, получивших наибольшее распространение.
2. Вертикальная ориентация оси заготовки, инструмент подвижен по горизонтали. Устройство данного зубофрезерного станка имеет инструментальный суппорт, через который проводится передача осевой подачи. Данная компоновка наиболее подходит для моделей, оснащенных системой автоматизации погрузки/выгрузки заготовок. Именно подобные зубофрезерные станки с ЧПУ, принцип работы которых предусматривает автоматическую подачу заготовки, получили широкое распространение при выпуске больших партий продукции.
3. Зубофрезерные станки при размещении заготовки в вертикальном направлении. Рассматривая основные узлы отметим стол, который зачастую подвижен в вертикальном направлении. Радиальная подача осуществляется инструментальной стойкой. Данные зубофрезерные станки, модели которых могут существенно отличаться в зависимости от предназначения, имеют конструкцию, которые позволяют легко их встраивать в различные автоматические линии обработки. Обработка на современных зубофрезерных станках сводится к уменьшению количеству операций, требующих вмешательства оператора.
4. Горизонтальные с размещение оси заготовки в этой плоскости. Стол подвижный также в этом направлении, передает осевое вращение. Инструмент крепится на инструментальной стойке. Зубофрезерный станок данного вида получил широкое применение в сфере нарезания мелкомодульных зубчатых колес. Конструкция имеет горизонтальные направляющие для обеспечения перемещения инструментальной стойки.
5. Горизонтальные станки имеют крепление для размещения заготовки в этой плоскости. Ключевая особенность заключается в неподвижности стола. Инструментальная стойка подвижная, предназначена для передачи осевой и радиальной подачи. Эти виды оборудования позволяют обрабатывать зубчатые колеса, которые выполнены в виде единой конструкции с валом.

Отметим, что расчет дифференциала зубофрезерного станка проводится в зависимости от особенностей схемы. Дифференциальный метод встречается крайне часто.

Пример кинематической схемы зубофрезерного станка

Числовое программное управление

Настройка гитары деления зубофрезерного станка проводится для изменения параметров нарезаемых зубьев. Зубофрезерные станки с ЧПУ имеет основные узлы, которые могут настраиваться под условия резания, они имеют высокую точность перемещения. Станки с ЧПУ можно охарактеризовать следующим образом:

1. Могут применяться для нарезания конических шестерен, а также для конических колес. Числовое программное управление позволяет устанавливать основные режимы обработки.
2. При составлении программы обработки проводится подсчет всех параметров. Однако деление венца проходит несколько иначе, настройка гитары не требуется. Это связано с тем, что вертикальный зубофрезерный станок или горизонтального типа с ЧПУ имеет подвижные узлы, положение которых и основные показатели работы настраиваются созданной программой.

Зубофрезерные станки с ЧПУ

Современное оборудование не требует серьезного вмешательства оператора, так как гитара деления зачастую отсутствует. Подобные зуборезные модели дорогие и сложны в обслуживании. Поэтому в большинстве случаев целесообразно устанавливать и использовать обрабатывающий станок, у котором есть конструкция гитары дифференциала.

Классификация по типу привода

Станки зубофрезерные имеют достаточно сложную конструкцию. Тип привода определяет то, как можно рассчитывать деление диска. Рассмотрим особенности и параметры следующих распространенных схем привода:

1. Группа зубофрезерных станков с делительной червячной передачей стола. Оборудование имеет переменную толщину витка. Настраивать зазор можно в диапазоне 0,03-0,05 мм с существенным смещением червяка.
2. Рассматривая описание следует уделить внимание и расположению систем. Особенности данной схемы заключаются в монтировании отдельного корпуса для делительной передачи. Делятся венцы в данном случае путем регулировки зазора. Червяк перемещается вместе с червяком в радиальном направлении относительно колеса.
3. Проводить обкатку заготовки зубофрезерованием также можно при установке двух червячных передач с различным направлением витков. Этот метод регулировки универсален, представлен осевым смещением одного из червяка. Центр может смещаться на определенное расстояние в зависимости от особенностей модели.
4. Есть модели, на которых устанавливается узел с зубчатой передачей. Зубчатое колесо приводится в движение гидравлическим насосом.
5. Цилиндрический тип зубчатого колеса может устанавливать на шпинделе фрезы, который представлен двумя половинами. Установка зазора проводится путем смещения половин колес относительно друг друга.
6. Рассматривая чертеж различных станков отметим вариант исполнения, когда оба зубчатых колеса шпиндельной фрезы имеют малую конусность зубьев. Управлять зубообрабатывающим оборудование в данном случае можно путем смещения одного колеса в осевом направлении.
7. На шпинделе фрезы может устанавливать зубчатое колесо с очень большим количеством зубьев. Проводя расчет отметим, что регулировка проводится за счет замедления вращения относительно основного колеса.

Кроме этого появились и иные варианты передачи вращения. Некоторые подходят для производства, характеризующимся единичным выпуском.

Обработка на зубофрезерном станке червячной фрезой

Классификация по назначению

Еще важным показателем можно назвать назначение оборудования. Конструкция станков создается под выпуск определенной продукции. По данному показателю выделяют следующие группы оборудования:

1. Резьбо-нарезные.
2. Зубофрезерные станки для конических шестерен.
3. Для нарезания зубьев цилиндрических колес.
4. Для обработки цилиндрических колес и шлицевых валов.
5. Для выпуска червячных колес.
6. Резьбофрезерные.
7. Для обработки торцевых поверхностей колес.
8. Зубоотделочные, обкатные и проверочные.
9. Шлифовальные.

Кроме этого есть оборудование, создаваемое под определенные условия обработки. Его отводят в отдельную группу.

В заключение отметим, что оборудование для нарезания зубьев выпускается самыми различными компаниями. На протяжении длительного периода на производственных линиях в машиностроительной промышленности устанавливали модели, производимые на заводах СССР. Сегодня зарубежная техника намного обходит отечественную, позволяет получать изделия с высокоточными размерами и показателем шероховатости.

Анализ кинематической схемы зубофрезерного станка мод. 53А50

Провести анализ кинематической схемы зубофрезерного станка мод. 53А50, выделить из кинематической схемы станка цепи главного движения, подачи, обката и цепь дифференциала.

Начертить их отдельно, пояснить назначение этих цепей при формообразовании зубьев зубчатых колес. Написать уравнение кинематического баланса для этих цепей.

По заданным исходным данным рассчитать передаточные отношения гитар сменных колес.

Станок 53А50 предназначен для фрезерования зубьев цилиндрических зубчатых колес методом обкатки червячной фрезой и методом единичного деления дисковой или пальцевой фрезами.

Станок работает по методу обкатки, т. е. механического воспроизводства зацепления червяка (червячной фрезы) с колесом (заготовкой). Червячная фреза соответствующего модуля и диаметра закрепляется на оправке в шпинделе фрезерного суппорта.

Обрабатываемая деталь или комплект одновременно обрабатываемых деталей устанавливается на оправке в шпинделе стола, а при больших размерах колес непосредственно на столе станка.

Червячной фрезе и заготовке принудительно сообщают вращательные движения с такими угловыми скоростями, которые они имели бы, находясь в действительном зацеплении.

При нарезании колес с прямыми зубьями ось шпинделя фрезерного суппорта устанавливается под, углом к горизонтальной плоскости, равным углу подъема винтовой линии червячной фрезы.

Для нарезания колес с косыми зубьями ось шпинделя фрезерной бабки устанавливается под углом, равным сумме или разности углов наклона зубьев колеса и подъема винтовой линии фрезы в зависимости от сочетания направлений винтовых линий зубьев и витков фрезы.

Нарезание цилиндрических колес производится с вертикальной подачей фрезерного суппорта.

Зубофрезерный станок модели 53А50 имеет следующие движения.

Движение резания — вращение шпинделя фрезерного суппорта с червячной фрезой. Движения подач — вертикальное перемещение фрезерного суппорта, радиальное перемещение подвижной стойки и тангенциальное перемещение протяжного суппорта.

Движением обкатки и деления является непрерывное вращение стола с заготовкой. Вспомогательные движения — быстрые механические и ручные установочные перемещения фрезерного суппорта и подвижной стойки.

Проведем анализ кинематической схемы зубофрезерного станка модели 53А50, приведенной на рисунке 12.

Рисунок 12 — Кинематическая схема станка 53А50

Цепь главного движения связывает вращение инструмента с вращением электродвигателя. Трехскоростной электродвигатель Ml через зубчатые передачи 31/56, 56/62, a3/b3, 29/29, 29/29, 29/29, 20/80 передает вращение шпинделю фрезы (рис. 13).

Рисунок 13 — Цепь главного движения

Цепь деления связывает цепь вращения фрезы с заготовкой посредством следующих кинематических звеньев: 80/20, 29/29, 29/29, 27/27, конический дифференциал (iд = 1 при неподвижном водиле), 58/58, сменные зубчатые колеса a2/b2, c2/d2, e/f, зубчатые передачи 33/33, 35/35, червячная передача 1/96, заготовка. За один оборот фрезы заготовка должна повернуться на оборота (где k — число заходов фрезы).

Рисунок 14 — Цепь деления

Цепь вертикальной подачи связывает вращение заготовки с перемещением каретки фрезерного суппорта от ходового винта. следующим образом: заготовка (1 оборот), червячная передача 96/1, зубчатые передачи 35/35, 33/33, червячная передача 2/26, сменные зубчатые колеса t/m, зубчатые передачи 35/65, 55/45, 45/55, 50/45, 45/45 червячная передача 1/24, ходовой винт, суппорт (рис. 15).

• Цепь дифференциала связывает перемещение инструмента с поворотом заготовки на один оборот по цепи: ходовой винт XXV, червячная передача 24/1, зубчатая передача 33/22, сменные колеса гитары дифференциала a1/b1, c1/d1, зубчатая передача 27/27, червячная передача 1/45, дифференциал (iдив = 2), зубчатая передача 58/58, сменные зубчатые колеса гитары деления a2/b2, c2/d2, зубчатые колеса e/f, зубчатые передачи 33/33, 35/35, червячная передача 1/96, заготовка.
• Уравнение кинематического баланса цепи главного движения имеет вид:
• (12)

Рисунок 15 — Цепь подачи

Рисунок 16 — Цепь дифференциала.

Формула настройки:

(13)

Уравнение кинематической цепи для подбора чисел зубьев колес гитары деления имеет следующий вид:

(14)

Отсюда:

1. (15)
2. где k — число заходов фрезы;
3. z — число зубьев нарезаемого колеса.
4. Зубчатые колеса и , служащие для расширения диапазона регулирования сменных колес гитары деления, подбирают следующим образом:
5. Так как количество нарезаемых зубьев колеса то

(16)

Отсюда формула настройки:

(17)

Уравнение кинематической цепи подач будет иметь следующий вид:

• (18)
• где .
• Формула настройки:

1. (19)
2. где передаточное отношение коробки подач.
3. Уравнение кинематической цепи гитары дифференциала будет иметь следующий вид:

(20)

Учитывая, что для этого случая:

• (21)
• где m — модуль нарезаемого зубчатого колеса;
• z — число зубьев нарезаемого зубчатого колеса;
• в — угол наклона зуба нарезаемого зубчатого колеса.
• Так как для гитары деления нам известна формула (15), то после подстановки данных в уравнение баланса получим формулу настройки:

1. (22)
2. где — угол наклона зуба;
3. — нормальный модуль нарезаемого колеса, мм;
4. k — число заходов червячной фрезы.
5. Исходные данные:
6. — число зубьев колеса z = 36;
7. — модуль колеса m = 5 мм;
8. — угол наклона зуба в = 20є;
9. — направление наклона зуба колеса — правое;
10. — наружный диаметр D = 115 мм;
11. — угол подъема б = 4°03″;
12. — направление винтовой линии фрезы — левое;
13. — число заходов фрезы К=1;
14. — скорость резания V = 30 мм/мин;
15. — подача Sb = 1,6 мм/об.
16. Частота вращения шпинделя рассчитывается по формуле (9):

• об/мин.
• С учетом паспортных данных станка значения частоты вращения шпинделя n = 83,1 об/мин, округляем до станочных значений: nст = 80 об/мин.
• Подбор сменных колес
• Цепь главного движения
• Из паспорта зубофрезерного станка 53А50 имеем, что электродвигатель станка имеет 3 диапазона вращения , а именно 735/985/1470 об/мин
• Для расчета примем nдв = 1470 об/мин, nфр = 80 об/мин.
• Подставляем в формулу настройки найденные величины и получаем:

Для гитары скоростей предусмотрены сменные колеса с числом зубьев: 23, 27, 31, 36, 41, 46, 51, 56, 60, 64. Условие сцепляемости: а + b = 87.

Имеем , колеса с полученным количеством зубьев удовлетворяют условию , тогда:

Таким образом подобранные сменные колеса имеют передаточное отношение близкое к расчетному. Если подобрать колеса с большим передаточным отношением против расчетного, то в этом случае увеличится скорость резания, что вызовет снижение стойкости фрезы и приведет к преждевременному ее износу.

Цепь деления

Подставив данные значения в формулу настройки получаем:

1. Подбираем сменные колеса согласно таблице настройки гитары деления на число зубьев от 12 до 200, приведенной в руководстве по эксплуатации зубофрезерного станка модели 53А50:
2. Для нарезаемого числа зубьев имееем:
3. Согласно выбранным колеса получим:

• Цепь подач
• При одной установке сменных зубчатых колес гитары подач за счет различного сочетания цилиндрических колес коробки передач, включаемых электромагнитными муфтами, можно получить четыре различных значения подачи ( ; ; ; )
• Для расчета примем значение передаточного отношения коробки подач следовательно получим:

Подбираем сменные колеса согласно ряду сменных колес. Такое передаточное отношение возможно при

1. После подбора сменных колес производится проверка на сцепляемость по формулам:
2. Цепь дифференциала
3. Подставим значения в форму настройки (22):

Подбираем сменные колеса согласно заданному ряду:

Таким образом подобранные сменные колеса имеют передаточное отношение близкое к расчетному.

• Также подобранные сменные колеса удовлетворяют условию сцепляемости, производимой по следующим формулам:
• Условие соблюдается.
• Точность подобранных сменных колес в цепях главного движения (погрешность не более 5%), обкатки (требуемая точность 0,001), вертикальных подач (погрешность не более 5%), дифференциала (требуемая точность 0,0001) полностью удовлетворяет требуемой точности при подборе сменных колес.