Краткие сведения из теории. Зубообрабатывающие станки предназначены для нарезания и от­делки зубьев колес различных передач

Зубообрабатывающие станки предназначены для нарезания и от­делки зубьев колес различных передач. По виду обработки и инстру­мента различают следующие зубообрабатывающие станки: зубоф- резерные, зубострогальные, зубопротяжные, зубошлифовальные и др. По назначению станки бывают: для обработки цилиндрических колес с прямыми и косыми зубьями, червячных колес, шевронных колес, зубчатых реек, конических прямозубых колес, с криволинейными зубьями. По степени шероховатости обработанной поверхности выде­ляют станки: для предварительного нарезания зубьев, для чистовой обработки, для отделочной обработки поверхности зубьев.

Существуют два метода нарезания зубчатых колес, метод обката и метод следа (копирования). При методе копирования используется инструмент, режущая кромка которого совпадает по форме с профилем впадины зубчатого венца. Модульная фреза 7 (дисковая см. рис. 1, а или пальцевая на рис. 2, б) перемещается вдоль впадины цилиндри­ческого колеса 2, в каждый момент времени оставляя отпечаток своей формы. После обработки одной впадины заготовку поворачивают на окружной шаг (движение деления) и обрабатывают следующую впади­ну.

Данный метод имеет свои недостатки: профиль зуба зависит от модуля и числа зубьев колеса. Для точной обработки каждого колеса нужна своя фреза. Поэтому необходим большой набор сложных фрез. Практически ограничиваются набором из 8 или 15 фрез для каждого модуля. При этом одной фрезой нарезают колеса с различным числом зубьев (в некотором интервале). Наименьшее из колес интервала получается с правильным профилем, другие — не точно. Достоинство метода копирования — простота оборудования. Обработку можно ве-

Рис. 1. Схема нарезания зубчатых колес фрезой методом копирования: а — дисковой, б — пальцевой

Сти на горизонтально - и вертикально-фрезерных станках с использо­ванием делительной головки. Метод копирования мало производите­лен.

Метод копирования используется в единичном производстве, чаще при ремонтных работах. Специальные зубодолбежные станки с резцо­вой головкой обеспечивают очень высокую производительность, их применяют в массовом производстве.

Наиболее распространен метод обката. В этом случае режущий инструмент и заготовка обкатываются подобно звеньям зубчатой пе­редачи.

В зубодолбежном станке долбяк 1 (рис. 175, а) и заготовка 2 воспроизводят зацепление цилиндрических колес. Если бы заготовка была достаточно пластичной, в ней можно было выдавливать впадины, прокатив по окружности твердое колесо (инструмент). В станке дви­жение обката (согласованное движение долбяка и заготовки) является сложным формообразующим движением. Оно служит для создания формы зуба в поперечном сечении эвольвенты. Чтобы удалить материал из впадины обрабатываемого колеса, на торце долбяка по всему контуру создают режущие кромки, а долбяку сообщают возвратно-поступатель­ное движение, которое является также формообразующим движением и служит для получения формы зуба по длине. Долбяком можно нарезать зубчатую рейку. Для этого движение, образующее профиль зуба, должно состоять из вращения долбяка и согласованного с ним прямолинейного движения рейки. Можно режущей рейкой 2 (гребен­кой) нарезать цилиндрическое колесо 1 (рис. 3, б).

В зубофрезерном станке инструмент и заготовка образуют пару, подобно червячной передаче. Если провести секущую плоскость через ось червяка перпендикулярно оси червячного колеса, то в сечении червяка получается профиль зубчатой рейки. При вращении червяка 280 Г)

Рис. 3. Схема нарезания зубчатых колес методом обката:

А — долбя ком, б— гребенкой, в —червячной фрезой, г — профилирования зубчатого венца зубом червячной фрезы

Эта рейка сдвигается вдоль его оси, обкатываясь с зубьями колеса. Такой же обкат имеет место в зубофрезерном станке, где червячная фреза 7 (рис. 3, в) вращается с заготовкой 2 (сложное формообразу­ющее движение).

Профилирование одной впадины зубчатого венца показано на рис. 3, г.

При обработке червячного колеса достаточно углубиться фрезой на полную высоту зуба, чтобы получилась его форма по длине. При нарезании цилиндрического колеса необходимо еще формообразую­щее движение вдоль зуба. Если зуб зубчатого колеса прямой, то это движение простое. У косозубого колеса зуб винтовой, поэтому для его образования требуется сложное движение, состоящее из перемещения червячной фрезы вдоль оси колеса и доворота самого колеса. При нарезании конических колес заготовка обкатывается с воображаемым плоским производящим колесом. Метод обката отличается высокой производительностью и точностью. Преимущество метода обката — универсальность режущего инструмента: при одном модуле одним

Инструментом теоретически можно нарезать колеса с разным числом зубьев.

Пятая группа станков включает все многообразие зубообрабатывающнх станков, а также специальные резьбообрабатывающие станки. Для обработки зубьев колес используются фрезерование, строгание, долбление, протягивание, точение, шлифование и другие технологические методы, что обычно отражается в названии станка.

В основу классификации зубообрабатывающнх станков положены вид зубчатого колеса, технологический метод резания, назначение обработки (образование зубьев, их отделка) и ряд других признаков. Приведем основные типы станков для обработки зубьев в соответствии с классификацией ЭНИМС.

1. Зубодолбежные станки для обработки по методу обкатки зуборезным долбяком цилиндрических колес, а также зубчатых секторов внутреннего и внешнего зацепления с прямым, косым или винтовым зубом. Они отнесены к первому типу. Это мод. 5107, 5В150, 511.1 и другие полуавтоматические станки. В парке зуборезных станков они составляют более 20%

2. Ко второму типу относятся зуборезные станки для обработки конических колес. По методу обкатки зуборезной головкой обрабатываются круговые зубья на станках мод. 525, 5Б231 и др. Прямозубые колеса получают на зубострогальных станках мод. 5А250, 5282, 5А283 и др.

По методу кругового протягивания каждой впадины работает зубопро-тяжный станок мод. 5245 для обработки конических прямозубых колес в условиях массового производства. Зубофрезерные станки мод. 5П23, 5230 и др. применяют для обработки двумя дисковыми фрезами конических прямозубых колес по методу обкатки. За один цикл обрабатываются обе стороны профиля зуба модулем до 8 мм.

3. Зубофрезерные станки для обработки по методу обкатки червячной фрезой цилиндрических прямозубых и косозубых колес, червячных колес в условиях единичного, серийного и массового производства. Они относятся к третьему типу и составляют около 50% зуборезного оборудования. К ним относятся мод. 530П, 5К32, 5А342, 5300 и др. На некоторых моделях можно работать и пальцевыми модульными фрезами по методу копирования, обрабатывая шевронные зубья. Согласно специфике процесса нарезания эти станки относятся к полуавтоматическим. На станках этого типа нарезаются шлицы на валах, так же как на обычных зуборезных и специальных шлицефрезерных станках (мод. 5350, 5350Б и др.).

4. Зубофрезерные станки для обработки червячных колес работают только по методу обкатки. Как и станки для обработки реек, их относят к четвертому типу (хотя станки для обработки реек могут работать как фрезой по методу копирования, так и зуборезным долбяком). Примером станков этого типа являются мод. 5412, 5414 и др.

5. Станки для обработки торцов зубьев относятся к пятому типу и позволяют обрабатывать фаски, снимать заусенцы или закруглять торцы зубьев. К этим станкам относятся мод. 5525, 5Н580, 5А580 и др.

6. Шестой тип станков пятой группы включает рсзьбообрабатывающе станки, например мод. 5К63 и др.

7. Зубоотделочные станки относятся к седьмому типу зубообрабатывающих станков. Это зубошевинговальные станки (мод. 5702, 5717 и др.), зубопритирочные (мод. 5П725) и др. Сюда же относятся контрольно-обкатные станки мод. 5А725, 5А726, 5Б725 и др. для контроля пятна контакта, бокового зазора и уровня шума.

8. Зубо- и резьбошлифовальные станки относятся к восьмому типу. К нему также относятся станки для шлифования цилиндрических колес мод. 5В830, 5891, 5831 и др.

9. К девятому типу относятся разные зубо- и резьбообрабатывающие станки, например зубохонинговальные (мод. 5913) и т. и.

Зубофрезерные станки. Рабочие движения зубофрезерного станка сообщаются инструменту и заготовке. Движение резания осуществляет червячная фреза, закрепляемая на шпинделе фрезерного суппорта 2. Стол 4 станка с оправкой В для заготовки получает вращательное движение, согласованное с вращением червячной фрезы. Эти движения обкаточные, они воспроизводят движение зубчатой пары, положенной в основу конструкции станка: рейка — колесо или червяк — колесо. В зависимости от вида нарезаемого колеса движение подачи сообщается заготовке или фрезе. Так, при нарезании цилиндрических, колес фрезерный суппорт по направляющим стойки 1 перемещается вертикально и постепенно нарезает зубья по всей ширине обода колеса на полную высоту зуба или на часть ее (при больших модулях). При нарезании червячного колеса методом радиальной подачи эта подача осуществляется салазками 7 с вращающимся столом, перемещающимся по горизонтальным направляющим 5 станины 6. При нарезании червячного колеса методом тангенциальной подачи это движение получает фреза, перемещающаяся по направляющим фрезерного суппорта (осевая подача фрезы).

Двигатель зубофрезерного станка может обслуживать все рабочие и вспомогательные перемещения. Однако имеются станки, в которых, помимо электродвигателя рабочих движений, есть двигатели гидропривода, быстрого хода станка, периодического осевого перемещения инструмента для равномерного износа фрезы, насоса охлаждения и т. п.

Несущая система станка обеспечивает неизменность или точность выдерживания межосевого расстояния между осью фрезы и осью заготовки. Станина 6 станка имеет горизонтальные направляющие 5 для перемещения салазок со столом или (в других конструкциях) вертикальной стойки с фрезерным суппортом. Суппорт позволяет поворачивать фрезерный шпиндель на угол до ± 60° при нарезании, левых, или правых колес с косым зубом.

Передаточные механизмы движения резания включают ременные, зубчатые конические и цилиндрические передачи, Передаточные механизмы движения подачи и обкатки состоят из зубчатых конических и цилиндрических передач и из червячной пары, приводящей во вращение стол. В качестве суммирующего механизма применяется конический дифференциал. В цепях движения резания и подачи имеются гитары сменных колес для настройки кинематических цепей подач, скоростей, обкатки (деления) и дифференциальной цепи.

Исполнительный механизм (шпиндель фрезерного суппорта) приводится во вращение от цилиндрической косозубой зубчатой передачи; перемещение фрезы при вертикальной и осевой подачах осуществляется винтовыми механизмами. Исполнительный механизм, вращающий заготовку со столом и оправкой, представляет собой обычно червячную пару высокой точности; горизонтальная подача стола на салазках осуществляется винтовой парой.

Система управления станком состоит из кнопочной станции, управляющей электродвигателями, и рукояток для наладки станка на конкретную заготовку (обеспечение межосевого расстояния между

фрезой и заготовкой, место для вертикального расположения фрезы относительно колеса, поворота шпинделя фрезы на нужный угол и т. п.). Станок работает как полуавтомат и требует вмешательства оператора лишь для смены заготовок.

Зубодолбежные станки. Рабочие движения сообщаются инструменту и заготовке. Движением резания является возвратно-поступательное движение долбяка 1, закрепляемого на шпинделе станка. Стол станка с оправкой для закрепления заготовки 4 (за кожухом) получает вращательное движение, согласованное с вращением долояка. Эти движения обкаточные, они воспроизводят движения зубчатой передачи шестерня — колесо, положенной в основу кинематики станка. Горизонтальное перемещение долбежной головки 2 по направляющим траверсы 3 осуществляется в период врезания долбяка в заготовку. В период холостого хода долбяка вверх осуществляется радиальное перемещение стола с отводом заготовки от долбяка. Перед началом рабочего движения заготовка подводится к долбяку.

Двигатель зубодолбежного станка чаще всего общий, обслуживающий все рабочие и вспомогательные перемещения, однако имеются станки, в которых помимо электродвигателя рабочих движений есть двигатели гидропривода, быстрого хода стола, подвода и отвода заготовки к долбяку, насоса охлаждения и др.

Несущая система станка обеспечивает неизменность межосевого расстояния между долбяком и заготовкой в процессе обработки. Станина 5 зубодолбежного станка с вертикальным шпинделем несет в верхней части траверсу с горизонтальными направляющими, по которым перемещается долбежная головка 2.

Передаточные механизмы движения резания включают ременные, зубчатые конические и цилиндрические передачи. Преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное движение долбяка осуществляется кривошипно-шатунным механизмом и сектором с рейкой. Величина хода регулируется перемещением кривошипного пальца относительно оси его вращения, шатун делается раздвижным. Далее движение передается рычагом, имеющим зубчатый сектор, который входит в зацепление с рейкой на шпинделе (штосселе) станка.

Передаточные механизмы движения подачи и обкатки состоят из зубчатых конических и цилиндрических передач и червячной пары, приводящей во вращение стол. В цепях движения резания и подачи имеются гитары сменных колес для настройки цепи подач, скоростей и обкатки (деления). Плавное врезание долбяка в заготовку обеспечивается кулачком с рассчитанным профилем.

Исполнительный механизм (шпиндель долбежной головки) приводится во вращение червячной парой; возвратно-поступательное движение долбяка осуществляется реечной передачей. Исполнительный механизм, вращающий заготовку со столом и оправкой, представляет собой обычно червячную пару высокой точности; горизонтальные перемещения стола во время холостого хода долбяка осуществляются рычажным механизмом.

Система управления станком состоит из кнопочной станции, управляющей электродвигателями, и рукояток для наладки станка на конкретную заготовку (обеспечение межосевого расстояния между долбяком и заготовкой, места вертикального расположения долбяка относительно колеса, длины рабочего хода долбяка и т. п.). Станок работает как полуавтомат и требует вмешательства оператора лишь для смены заготовок.

Зубострогальные станки для обработки конических колес. Широкое применение для обработки конических колес с прямым зубом находят зубострогальные станки, работающие двумя резцами. Рабочие движения сообщаются инструменту и заготовке. Движение резания осуществляют резцы, движущиеся возвратно-поступательно в радиальном направлении к центру станка и закрепляемые в резцовых салазках. Салазки размещены на люльке 2, представляющей собой образующее плоское колесо. Заготовка 4 закрепляется в шпинделе делительной головки 5. Заготовке через зубчатую передачу сообщается вращение в период обкатки.

Она же совершает операцию деления при помощи особого механизма. Вращения люльки и заготовки являются обкаточными движениями, которые воспроизводят зацепление нарезаемого, конического колеса с плоским производящим колесом. Головка 5 устанавливается под определенным углом к плоскости движения резцов на направляющих 6. Подвод и отвод заготовки к резцам совершается по салазкам 7. После установки заготовки станок работает но следующему циклу: пуск станка и начало работы резцов — врезание резцов в заготовку — обкатка резцами впадины зуба — отвод заготовки в исходное положение. — деление заготовки на один зуб и т. д. z раз.

Двигатель зубострогального станка обеспечивает все рабочие и вспомогательные движения. Несущая система станка обеспечивает неизменность условий обработки. На станине 1 станка закреплены все основные узлы.

Передаточные механизмы движения резания включают ременные передачи со сменными шкивами. Преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное движение резцов осуществляется кривошипно-шатунным механизмом. Передаточные механизмы движения подач и обкатки состоят из цилиндрических и конических передач и из червячной пары, приводящей во вращение шпиндель с заготовкой. Продолжительность обработки одной впадины изменяется при помощи гитары сменных колес. Вращение заготовки согласовывается с вращением суппорта, на котором установлены резцы. Согласование производится гитарой сменных колес суппорта, на котором установлены резцы.

Система управления станком состоит из кнопочной станции, управляющей электродвигателем, и рукояток для наладки станка на конкретную заготовку. Станок работает как полуавтомат: после установки заготовка и включения электродвигателя все движения, необходимые для нарезания зубьев, осуществляются автоматически.

Система охлаждения зоны резания включает помпу и систему очистки СОЖ.

Техника безопасности. При работе на зубообрабатывающих станках необходимо соблюдать правила техники безопасности, общие для металлообрабатывающего оборудования (долбежных, фрезерных, шлифовальных станков). Наряду с этим зубообработка предъявляет свои специфические требования. Так, при проектировании зубообрабатывающих станков необходимо предусматривать защитные экраны, предохраняющие зону резания. Как правило, зуборезный инструмент многозубый, с острыми режущими кромками, поэтому при использовании его необходимо соблюдать специальные меры предосторожности: установку и снятие инструмента со станка производить в рукавицах, а для очистки инструмента от стружки иметь металлические щетки. Во время работы станка нельзя осуществлять контроль обрабатываемой детали и поднастройку станка на размер. Хранить дорогостоящий режущий инструмент необходимо в специальной таре. Съем и установку заготовок на станок не следует делать при вращающемся инструменте.

5.2 Контрольные вопросы:

1. Каким образом осуществляется обработка зубчатого колеса методом копирования?

2. Типы станков, которые нарезают зубчатые колёса методом копирования.

3. Отличие методов копирования и обката.

4. Какой режущий инструмент применяется при обработке колеса методом обката?

5. Назначение зубодолбёжных станков.

6. Область применения зубофрезерных станков.

7. Типы колёс, нарезаемых на зубострогальных станках.

8. Что необходимо учитывать при установке заготовки и инструмента на зубофрезерном станке?

9. Каким образом получить колесо с винтовым зубом?

10. В какой последовательности настраиваются кинематические цепи зубодолбёжных, зубофрезерных и зубострогальных станков?

11. Виды работ, выполняемые на зубоотделочных станках.

Рекомендуемая учебная литература и иные материалы

1. Электронно-библиотечная система издательства «Лань-Трейд»: https://e.lanbook.com/. Дата обращения: 23.09.2015.

2. Электронно-библиотечная система издательства «IPRbooks»: www.iprbookshop.ru. Дата обращения: 23.09.2015.

3. Ефремов В.Д., Горохов В.А., Схиртладзе А.Г., Коротков И.А. Металлорежущие станки: Учебник. Под общ. ред. П.И. Ящерицына. Допущено УМО АМ. – Старый Оскол: ТНТ, 2010. – 696 с.

4. Руководства по эксплуатации или паспорта зубообрабатывающих станков различного типа.

5. Станки металлорежущие (CD-ROM): Иллюстрированный каталог. – ООО ”Рубикон”, 2009.

6 Практическое занятие №6 «Токарный станок с ЧПУ модели ТПК-125ВН2» (МЕ-12 Станки с ЧПУ)

Целью работы является: закрепление теоретических знаний по станкам с ЧПУ; ознакомление с основами программирования в коде ИСО-7 бит; получение практических навыков по составлению управляющих программ для станков токарной группы.