Кинематическая схема зубофрезерного станка

Кинематическая схема станка 53А50 (рис. 2.5) состоит из следующих основных кинематических цепей: вращения инструмента и заготовки (главное движение), дифференциала, деления и подачи.

Рис. 2.5. Кинематическая схема зубофрезерного станка 53А50

Частота вращения фрезы настраивается сменными зубчатыми колесами гитары скоростей и изменением частоты вращения трехскоростного электродвигателя M1. Цепь дифференциала настраивается сменными зубчатыми колесами, числа зубьев которых подбираются по таблицам, например [10], по передаточному отношению i диф . В гитару деления включены сменные зубчатые колеса «е» и «f», настраиваемые по диапазону нарезаемых чисел зубьев.

Кинематическая цепь подач заимствует движение от цепи деления и передает его на ходовые винты радиальной и вертикальной подач через настраиваемую гитару подач и коробку подач с колесами, включаемыми электромагнитными муфтами. Ускоренное перемещение стола и каретки с инструментом осуществляется от электродвигателя М2.

В табл. 2.7 приведены формулы настройки кинематических цепей станка *.

2.7. Настройка кинематических цепей зубофрезерного станка 53А50

* На кинематических схемах для удобства настройки станков указаны кинематические параметры звеньев: числа зубьев для зубчатых колес, отношение числа заходов червяка к числу зубьев колеса для червячных передач (например, 1/96), диаметры шкивов для ременных передач, шаг резьбы и число витков для ходовых винтов (например, 10×1). Конечные звенья обозначены: Заг – заготовка, Ин – инструмент, М, М1, М2, . – электродвигатели (рядом указаны значения частоты их вращения и мощность) , ГМ – гидромотор, Кул – кулачок и т. д.

Примечание. В этой и последующих аналогичных таблицах z – число нарезаемых зубьев; m – модуль; β – угол наклона зубьев; К – заходность червячной фрезы; S – подача мм/об; а, b, с, d, e, f – число зубьев сменных колес, n ф – частота вращения фрезы, об/мин.

Зубофрезерный станок – это металлорежущий механизм для обработки деталей цилиндрической формы с целью получения зубчатого профиля. Существует два основных типа исполнения: горизонтальный и вертикальный. В зависимости от особенностей конструкции с помощью станка можно выполнить обработку различных типов зацепления: начиная от прямо- и косозубых колес, заканчивая образованием профиля эвольвентного типа, который, как и прочие сложные поверхности, получают методом обкатки.

По принципу действия оборудование относится к пятой группе третьего типа металлорежущих станков. Таким образом, по общепринятой классификации зубофрезерным станкам выделена отдельная группа. По сравнению с прочими приборами полуавтоматического типа данный метод обработки отличается высокой производительностью и универсальностью применения.

Устройство и принцип работы оборудования

Рассмотрим устройство станка на примере модели вертикального типа 5М324А. Ниже представлена кинематическая схема и условное изображение с указанием основных элементов конструкции.

1. Станина аппарата.
2. Коробка переключения скоростей.
3. Распределительный механизм.
4. Валик ручного перемещения каретки.
5. Управление механическим перемещением каретки.
6. Делитель.
7. Панель управления.
8. Стойка, которая крепится на станине.
9. Ограничитель движения каретки.
10. Ограничитель движения каретки.
11. Каретка.
12. Кран подачи охлаждающей жидкости.
13. Суппорт.
14. Кронштейн.
15. Контрподдержка.
16. Управление перемещением кронштейна.
17. Подающий стол.
18. Механизм управления ограничителями каретки.
19. Механизм управления перемещением стола.
20. Упор подвода стола.
21. Кран управления смазкой стола.
22. Упор подвода стола.
23. Обрабатываемая заготовка.
24. Фреза для нарезки зуба.

На схеме отсутствует место расположения главного электрического двигателя, приводящего в движение фрезу для нарезки зуба и подающий стол, на который устанавливается обрабатываемая деталь.

Особенностью данного станка является наличие отдельного электродвигателя, роль которого заключается в непрерывной работе транспортера, удаляющего стружку, образующуюся в процессе обработки.

Вращение фрезы – основное движение при обработке заготовки. Нарезка по всей длине выполняется за счет движения цилиндрического элемента вокруг своей оси. Для получения расчетного количества зубов скорость вращения подающего стола синхронизируется с количеством оборотов и передаточным отношением гитары.

Область применения

Рассматриваемые станки способны нарезать различные виды зубов с высокой точностью. Однако они не получили широкого распространения ввиду узкой специализации. Зубофрезерные работы пользуются спросом в следующих отраслях промышленности:

• автомобильной;
• авиационной;
• аграрном машиностроении;
• общем машиностроении;
• приборостроении.

Современные производители станков предлагают широкий выбор моделей, рассчитанных как на одиночные работы, так и на крупносерийное производство.

На крупных предприятиях с собственным механическим цехом, оснащенным станочным парком, зубофрезерные станки используются для выполнения единичных работ для нужд производства. Как правило, это наиболее простые модели.

Главные технические характеристики

Основными техническими характеристиками зубофрезерных станков являются:

1. Максимальный размер зуба шестерни, получаемый после фрезерования.
2. Ширина зубчатого венца.
3. Конструктивные особенности позволяют изготавливать косые шестерни. Важной характеристикой является угол наклона зуба относительно основной оси.
4. Диапазон перемещения суппорта станка в горизонтальном и вертикальном направлениях.
5. Скорость вращения режущей фрезы.
6. Тип (ручной или механический) и метод подачи. Различают вертикальный, горизонтальный и тангенциальный методы. При расчетах учитывают широту диапазона.
7. Мощность электрического двигателя. Некоторые модели оснащены несколькими единицами, которые имеют различные функции. Такая схема реализована в рассмотренном выше станке.
8. Габариты. Как правило, размеры зубофрезерного станка тесно связаны с его производительностью. Массивная конструкция позволяет увеличить размер подающего стола, суппорта, а также установить более мощный привод.
9. Масса.
10. Тип гитары деления.

Типовые компоновки зубофрезерных станков

При выборе оборудования важной деталью, требующей внимания, является тип компоновки. Рассмотрим существующие группы зубофрезерных аппаратов, а также возможности их модификации:

1. С вертикальным расположением обрабатываемой детали. Подающий стол способен перемещаться в горизонтальной плоскости. За осевую подачу отвечает суппорт. Универсальная конструкция, которая применяется на предприятиях общего машиностроения.
2. С вертикальным расположением обрабатываемой детали. Подающий стол зафиксирован, вместо него перемещается инструментальная стойка с фрезой. Данный тип позволяет сохранить расположение обрабатываемой заготовки до и после фрезерования на станке, что позволяет механизировать процесс подачи и уборки деталей. Схема применяется на серийном производстве.
3. С вертикальным расположением заготовки. Подающий стол имеет возможность перемещаться в вертикальном направлении. Кроме того, он отвечает за осевую подачу. Инструментальная стойка способна перемещаться по горизонтали. Оптимальная компоновка для автоматических линий производственных предприятий.
4. С горизонтальным расположением детали. Стол отвечает за осевую подачу благодаря способности к перемещению по горизонтали. Стойка перемещается радиально относительно расположения заготовки. Такие станки применяются для изготовления мелкомодульных цилиндрических зубчатых элементов.
5. С горизонтальным расположением детали и зафиксированным подающим столом. Вся нагрузка ложится на стойку, которая отвечает за осевую и радиальную подачу. Валы-шестерни изготавливают на станках с подобной компоновкой.

Особенности расчета гитары дифференциала зависят от особенностей конструкции.

Виды приводов станков

Конструкция зубофрезерных приспособлений отличается высокой технологической сложностью. Производители предлагают различные схемы приводов, обладающих следующими особенностями:

1. Червячный тип привода стола. Особенностью конструкции является установка дополнительного червяка с непостоянной толщиной витка, зазор которого регулируется в широком диапазоне.
2. Отдельная червячная передача, устанавливаемая в отдельный блок. Регулировка осуществляется с помощью радиального перемещения.
3. Универсальной считается схема, при которой на шпиндели устанавливают две червячные передачи с противоположным направлением витков. Регулировкой одной передачи изменяют текущий зазор.
4. Гидравлический тип. В этом случае передача приводится в движение под действием гидравлической жидкости, подающейся с помощью насоса.
5. Двойной тип. Регулировочную шестерню изготавливают из двух половин. При изменении их положения относительно друг друга происходит изменение зазора.
6. Конусный. При реализации данной схемы применяют шестерни с малой конусностью. При осевом смещении изменяется зацепление и корректируется зазор.
7. Многозубый. Использование многозубой шестерни, устанавливаемой на шпиндель, позволяет замедлить скорость базового колеса. Регулировка кинематической цепи выполняется торможением колеса.

При рассмотрении различных приводов стоит упомянуть об использовании зубофрезерных аппаратов с ЧПУ.

Применение числового программного управления сужает круг обязанностей оператора по причине отсутствия гитары деления. Отметим, что стоимость подобных станков достаточно высока, что не позволяет использовать их на предприятиях, имеющих незначительные объемы производства.

Зарекомендовавшие себя модели

Рассматриваемое оборудование довольно давно работает на отечественных предприятиях. Рассмотрим модели, которые зарекомендовали себя в качестве надежного и точного механизма для обработки металла:

1. Зубофрезерные станки 5к32. Максимальная длина зуба составляет 350 мм, диаметр заготовки – до 800 мм, модуль нарезаемого колеса – 10 мм.
2. Зубофрезерные станки 5е32. Максимальная длина зуба составляет 280 мм, диаметр заготовки – до 800 мм, модуль – 8 мм.
3. Зубофрезерные станки 5а326. Величина сечения обрабатываемых деталей – от 100 до 750 мм. Модуль отличается от типа металла: по стали – 10 мм, по чугуну – 12 мм. Ширина обработки – до 280 мм.
4. Зубофрезерные станки 5к310. Максимальный диаметр заготовки – до 200 мм. Модуль нарезаемого колеса – 4 мм.

Аппараты для зубофрезерных работ занимают важное место в технологической цепочке металлообрабатывающих предприятий. Современные устройства зарубежного производства, оснащенные ЧПУ, выигрывают в качестве и точности обработки станков, произведенных во времена СССР. Однако приемлемая стоимость последних делает их оптимальным выбором для небольших ремонтных мастерских. А вы заказывали изготовление шестерни для себя? На каком оборудовании производилась обработка? Поделитесь вашими впечатлениями в комментариях.

Министерство образования и науки Республики Казахстан

им. С. Торайгырова

Факультет металлургии, машиностроения и транспорта

Кафедра машиностроения и стандартизации

КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И НАСТРОЙКА ЗУБОФРЕЗЕРНОГО СТАНКА МОДЕЛИ 5310

Методические указания к выполнению лабораторной работы №5 по дисциплине «Металлорежущие станки» для студентов машиностроительных специальностей

(для внутривузовского пользования)

ББК 34.63-5я7

Рекомендовано Учёным советом ПГУ им. С. Торайгырова

кандидат технических наук, профессор .

Составитель: кандидат технических наук, профессор

К41 Кинематическая структура и настройка зубофрезерного станка модели 5310: методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Металлорежущие станки» для студентов машиностроительных специальностей (для внутри вузовского пользования)/сост. . –Павлодар, 2006. –20 с.

В методическом указании приводится принцип работы зубофрезерного станка на основе его кинематической структуры, используемой при нарезании прямозубых и косозубых цилиндрических колес. Изложена методика расчета параметров и их настройки для указанных типов зубчатых колес.

В заключении студентам предлагается оценить качество обработанного на станке зубчатого колеса.

Лабораторная работа является составной частью общего цикла лабораторных работ, предусмотренных по дисциплине «Металлорежущие станки».

©Павлодарский государственный университет

им. С. Торайгырова, 2006

1 Цели и задачи лабораторной работы

1.1 Цель лабораторной работы – изучить принцип работы зубофрезерного станка при обработке прямозубых и косозубых зубчатых колес, произвести расчеты, настройку и наладку станка на обработку заданных зубчатых колес.

1.2 Задачи лабораторной работы:

– изучить настоящее методическое указание;

– получить индивидуальное задание и с помощью преподавателя или учебного мастера в лаборатории ознакомиться со станком;

– согласно выданному варианту задания составить карту наладки (таблица А.1, приложение А) используя для этого расчетную карту (таблица В.1, приложение В) и записать параметры червячной модульной фрезы;

– произвести анализ структуры станка используемой при нарезании прямозубых зубчатых колес, для этого:

а) произвести расчеты параметров для кинематической группы, создающей движение скорости резания Фv(B1B2);

б) произвести анализ и расчеты параметров кинематической группы, создающей движение подачи Фs(П3).

– произвести анализ структуры станка используемой при нарезании косозубых зубчатых колес, для чего:

а) сделать заключение о кинематической группе создающей движение скорости резания Фv(B1B2);

б) произвести анализ и расчеты параметров для кинематической группы, создающей движение винтовой подачи Фs(П3В4).

– заполнить карту наладки (таблица А.2, приложение А);

– произвести настройку станка на нарезание прямозубого зубчатого колеса и выполнить операции по наладке станка; нарезать прямозубое зубчатое колесо;

– произвести настройку станка на нарезание косозубого зубчатого колеса и выполнить операции по наладке станка; нарезать косозубое зубчатое колесо;

– произвести измерение параметров нарезанных зубчатых колес и сделать заключение об их годности;

– составить отчет и защитить его.

2 Назначение и техническая характеристика зубофрезерного станка мод. 5310

Станок предназначен для нарезания цилиндрических прямозубых и косозубых зубчатых колес, а также червячных колес методом тангенциальной подачи и врезания (в методическом указании будет рассмотрено нарезание прямозубых и косозубых колес). В качестве режущего инструмента используется червячная модульная фреза.

Техническая характеристика

Наибольший модуль нарезаемых колес, мм – 4

Наибольший диаметр нарезаемых колес, мм – 200

Наименьший диаметр, мм – 60

Наибольший угол поворота суппорта, град. – 60

Скорость быстрого перемещения суппорта, м/мин – 0,3

Мощность привода главного движения, кВт – 1,7

Станок работает по методу обката. Червячная модульная фреза с нарезаемым колесом имитируют собой кинематическую пару рейка – шестерня, в которой фреза воспроизводит рейку, а нарезаемое колесо – шестерню. Червячная модульная фреза представляет собой набор зубчатых реек, равномерно расположенных на цилиндре и сдвинутых друг относительно друга по винтовой линии. Фреза, вращаясь, создает эффект поступательного перемещения рейки. Нарезаемое колесо (заготовка) при этом вращается согласованно с перемещением «рейки» (вращением фрезы), в результате чего на заготовке образуется зубчатый венец с эвольвентным профилем.

Таким образом, образующая производящая линия (профиль зубчатого венца) получается методом обката, реализуемого движением скорости резания Фv (B1B2) (рисунок 3.1), где В1 – вращение фрезы, а В2 – согласованное с ним вращение заготовки. Направляющая линия (форма зуба по длине) получается методом касания, реализуемого двумя движениями: движением скорости резания Фv(B1) и движением подачи Фs (П3), где П3 – поступательное перемещение фрезы вдоль оси заготовки. Но так как вращение В1 уже существует в исполнительном движении Фv (B1B2), то для получения формы зуба достаточно создать движение подачи Фs (П3). Структура станка в этом случае К23 (рисунок 3.1). Эта структура используется при нарезании прямозубых цилиндрических колес.

При нарезании колес с винтовым зубом необходимо создать перемещение фрезы вдоль косого зуба. Но так как этого сделать нельзя (имеется только вертикальные направляющие для суппорта с фрезой), то эффект перемещения вдоль косого зуба создается дополнительным вращением заготовки В4. В этом случае движение подачи становиться сложным Фs(П3В4), а структура станка будет С24 (рисунок 3.2)

В состав первой кинематической группы создающей исполнительное движение скорости резания Фv (B1B2), входят: внутренняя связь с органом настройки ix (гитара обката), внешняя связь с органом настройки iv и источник движения D. В состав второй группы, создающей винтовое движение подачи Фs(П3В4), входят: внутренняя связь с органом настройки iz (гитара дифференциала) и суммирующим механизмом, внешняя связь с органом настройки is (гитара подачи) и источник движения, в качестве которого используется шпиндель заготовки. Дополнительное движение В4 создается от ходового винта через второе входное звено 2 суммирующего механизма.

На основе рассмотренной структуры построена кинематическая схема зубофрезерного станка мод. 5310 (рисунок 3.3), которая будет использована для приобретения навыков расчета и настройки параметров движения.

4 Настройка и наладка станка

Нами будут рассмотрены две частные структуры станка, используемые при нарезании прямозубых и косозубых зубчатых колес.

4.1 Частная структура, используемая при нарезании прямозубых зубчатых колес (К23)

4.1.1 Кинематическая группа, создающая движения скорости резания Фv(B1B2).

Это движение сложное с замкнутой траекторией (зубчатый венец), поэтому необходимо настроить три параметра: траекторию, скорость и направление:

– настройка траектории (профиль зубчатого венца; внутренняя связь).

Условие настройки (УН):

1 об. фрезы → оборотов заготовки, где Кф – число заходов фрезы;

Z – число зубьев нарезаемого прямозубого колеса.

Уравнение кинематического баланса (УКБ):

1об. фр ·iдиф.·

Передаточное отношение колес перебора

при Z 161.

При нарезании колес с прямыми зубьями суммирующий механизм (дифференциал) из работы исключается установкой на выходной вал дифференциала кулачковой муфты М1 (рисунок 4.1, рисунок 3.3) . В этом случае дифференциал работает как сложный вал и его передаточное отношение iдиф.=1.

Подставляя в УКБ значение (в большинстве случаев) получим передаточное отношение гитары обката

(ix)

Набор сменных колес гитары обката состоит из 43 штук со следующими числами зубьев:

20 (2 шт); 23; 24; 25 (2шт); 30; 33; 34; 35; 37;

40; 41; 43; 45; 47; 48; 50; 53; 55; 57; 58; 59;

60; 61; 62; 65; 67; 70; 71; 73; 75; 79; 80; 83; 85;

89; 90; 92; 95; 97; 98; 100.

Передаточное отношение ix рассчитывается и обеспечивается подбором зубчатых колес из набора с точностью до шестого знака. Сменные зубчатые колеса могут быть подобраны по таблице С.1 приложения С.

Гитара обката находится под крышкой 1 с правой стороны (рисунок 4.2).

Схема расположения перебора и колес гитары обката представлена на рисунок 4.3. При сцеплении шестерен органа настройки предусмотреть боковой зазор между зубьями 0,1 – 0,15мм.

– настройка скорости резания (внешняя связь).

Скорость резания задается на станке частотой вращения фрезы nф, которая определяется по формуле

nф = ,

где V – скорость резания, м/мин

dф – диаметр фрезы, мм.

При работе фрезами из стали Р6М5 скорости резания выбирают по таблице 4.1.

УН: n об/мин эл. дв.→ nф об/мин фрезы

УКБ: 1420. (iV)

откуда (iv) .