Зубообрабатывающие станки

6. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ

6.1. Общие сведения и основные методы обработки зубчатых колес

Зубчатые колеса являются изделиями общемашиностроительного при­менения. В зависимости от вида зубчатого венца, требований по точности и производительности используются соответствующие методы обработки и зубообрабатывающие станки. Этими факторами объясняется широкая номенк­латура станков, действующих в промышленности.

Зубообрабатывающне станки разделяются на две основные группы: станки, работающие по методу копирования, и станки, работающие по мето­ду обката. Схемы образования поверхностей зубчатых колес показаны на рис. 90.

Рис. 90. Схемы профилирования зубчатых эвольвентных поверхностей

Обозначения: Z - число зубьев заготовки, DS.ПР. - движение подачи заготовке, DS.КР. - круговая подача заготовки 3 (или инструмента И), Dr - возвратно-поступательное движение инструмента, DSn - поступательное движение инструмен­та.

Для образования впадины между зубьями методом копирования (рис. 90, а) фасонный резец обрабатывает впадину так, что образуются две боко­вые поверхности двух соседних зубьев. Следующая впадина получается ана­логичным способом, после углового поворота заготовки на один зуб колеса. Аналогично такую впадину можно получить, используя в качестве режущего инструмента фасонную дисковую фрезу (рис. 90, б) или фасонную пальцевую фрезу (рис. 90, в).

Наибольшее развитие для нарезания зубчатых колес получил метод об­катки. Этот метод основан на зацеплении и согласованных движениях зубчатой пары, состоящей из заготовки и инструмента в виде зубчатого колеса (рис. 90, г), в виде рейки (рис. 90, д) или в виде двух резцов (рис. 90, е).

Для изготовления зубчатых колес в условиях крупносерийного и мас­сового производства предпочтительны зубообрабатывающие станки, рабо­тающие методами непрерывного обката и контурной обработки.

В конструктивном отношении эти станки отличаются большим разно­образием. Помимо общих для всех металлорежущих станков механизмов они имеют специальные механизмы для образования зубьев на заготовке и для формирования их профилей.

В зубообрабатывающих станках с программным управлением для пе­ремещения рабочих органов применяют регулируемые приводы, часть из ко­торых взаимосвязана в своей работе. В этих станках используют передачи с минимальными зазорами или совсем беззазорные. К ним относятся шарико­вые винтовые пары, червячные передачи с червяком, имеющим переменный шаг витка, цилиндрические передачи с малой конусностью зубьев.

Номенклатура зубообрабатывающих станков в настоящее время до­вольно обширная. В табл. 16 приведены некоторые основные подгруппы этих станков с условным их кодированием.

Таблица 16

№ п/п	Технологическая подгруппа станков	Обозначение
1	Зубофрезерные станки	ЗФС
2	Зубодолбежные станки	ЗДС
3	Зубошевинговальные станки	ЗШС
4	Зубохонинговальные станки	ЗХС
5	Зубошлифовальные станки	ЗШлС
6	Мастер-станки
7	Зуборезные станки для обработки гипоидных и конических колес	ЗСГК
8	Зубострогальные станки	ЗСС
9	Зубопротяжные станки	ЗПС
10	Шлицефрезерные станки	ШФС
11	Другие

6.2. Зубофрезерные станки

Станки для обработки цилиндрических зубчатых колес фрезерованием разделяются на две основные группы станков, работающих по методу копи­рования, и станки, работающие по методу обката. На рис. 91 показаны схемы обработки заготовок на зубофрезерных станках при нарезании прямых (схе­ма а) и косозубых шестерен (схема б), а также червячных колес (схема в).

В зависимости от области применения ЗФС имеют несколько разно­видностей компоновок; наиболее характерная компоновка для станков уни­версального назначения приведена на рис. 92. Ось заготовки вертикальная. Стол станка подвижен в горизонтальном направлении. Движение осевой по­дачи осуществляет инструментальный суппорт.

Рис. 91. Схемы обработки заготовок на зубофрезерных станках

Обозначения: - угол подъема винтовой линии, - угол установки червяч­ной фрезы, DS.В. - вертикальная подача инструмента, DS.Р. - осевая подача инстру­мента.

Рис. 92. Компоновка универсального зубофрезерного станка

Особенностью ЗФС является необходимость снижения отрицательного влияния пульсации силы резания на процесс нарезания зубчатых колес. В конструкциях приводов столов и инструментального суппорта это осуществ­ляется созданием минимальных зазоров в конечных звеньях, а также натяже­нием кинематической цепи приводов стола и инструментального шпинделя.

Современные ЗФС изготавливают как с механическим, так и с элек­тронными связями исполнительных органов.

ЗФС с механическими связями в большинстве случаев имеют принци­пиальную кинематическую схему, показанную на рис. 93,а. Вся кинематиче­ская цепь приводится во вращение главным электродвигателем М. Частота вращения фрезы 8 настраивается с помощью гитары скоростей 5, вращение стола 9 с требуемой угловой скоростью осуществляется с помощью ги­тары деления 3 и делительной пары 10. Перемещение фрезерного суппорта 7 винтом 6 обеспечивает движение осевой подачи DSО инструмента, подача на­страивается с помощью гитары или коробки подач 1. При обработке косозубых колес в работе участвует дифференциал 4 и его гитара 2.

Принципиальная схема ЗФС станка с ЧПУ приведена на рис 93 б.

Рис. 93. Принципиальные схемы зубофрезерного станка:

а - с механическими кинематическими связями; б - с кинематическими связями посредством ЧПУ

Все формообразующие координаты X, Y, Z, А, В, С осуществляются от отдельных регулируемых электродвигателей.

Mx (через винт 1) - перемещение инструментальной стойки для изме­рения межосевого расстояния.

My (через винт 4) - перемещение фрезерного суппорта вдоль оси заготовки.

Mz (через винт 5) - перемещение фрезерной каретки 6 вдоль оси инструмента.

МА - поворот суппорта с фрезой на требуемый угол.

МC - вращение инструмента.

МB (через делительную передачу 9) - вращение стола.

Все электродвигатели снабжены датчиками обратной связи которые передают в систему ЧПУ данные о действительном положении осей двигате­лей (координат) для согласования их вращения

6.3. Зубодолбежные станки

Зубодолбежные станки (ЗДС) используются при нарезании закрытых венцов цилиндрических колес, близко расположенных концов блочных колес, зубчатых секторов, колес с внутренними зубьями, а также зубьев шев­ронных колес.

По способу зубообработки эти станки разделяют на работающие по ме­тоду обката и методу копирования. В станках, работающих по методу обката, в качестве инструмента используются дисковые, чашечные и хвостовые зу­борезные долбяки, а в станках, работающих по методу копирования - много­резцовые зуборезные головки для колес наружного и внутреннего зацепле­ния. Схема обработки заготовок долбяками показана на рис. 94.

Рис. 94. Схема обработки заготовок на зубодолбежном станке внешнего (а)

и внутреннего (б) зацепления

Обозначения: DS.КР. И - круговая подача инструмента, DS.КР. З - круговая подача заготовки, DВ - вертикальная подача инструмента, DS.P - поперечная подача инст­румента, Dr - возвратно-поступательное движение инструмента, - отскок.

Рис. 95. Компоновка зубодолбежного станка.

На рис. 95 показана наиболее распространенная компоновка ЗДС для универсальных станков средних размеров.

Рис. 96. Принципиальная схема механических связей формообразования при

зубодолблении

В процессе обработки (рис. 96) инструментальный шпиндель с долбяком совершает быстрое возвратно-поступательное движение DV1, частота ко­торого устанавливается с помощью гитары или коробки скоростей 5, приво­димой во зращение от главного электродвигателя М. Инструментальный 1 и рабочий 2 шпинделя станка совершают медленные синхронные вращения, относительные частоты которых настраиваются гитарой деления 9. Абсо­лютная угловая скорость инструментального шпинделя настраивается с помощью гитары или коробки круговой подачи 6. Длину хода инструмен­тального шпинделя регулируют эксцентриковым механизмом 7. При обрат­ном ходе долбяк отводится от нарезаемого колеса механизмом 4. Число цик­лов радиального врезания настраивают с помощью гитары радиальных подач 3. При нарезании зубьев косозубых колес требуется дополнительно произво­дить доворот долбяка на величину, соответствующую углу наклона зубьев. Эта операция осуществляется с помощью винтовых направляющих 8.

Принципиальная схема ЗДС с ЧПУ приведена на рис. 97. Здесь все формообразующие и наладочные движения исполнительных органов осуще­ствляются от отдельных двигателей, которые снабжены датчиками обратной связи, с согласованными командами от ЧПУ.

Вращение инструментального шпинделя 16 по координате С с угловой скоростью осуществляется электродвигателем 12 через червячную пере­дачу. Вращение стола 17 с заготовкой по координате D с угловой скоростью осуществляется электродвигателем 18 также через червячную передачу. Движение резания DV1 производится по координате О через эксцентриковый механизм 15, одновременно через механизм 11 осуществляется отвод долбя­ка от заготовки при обратном его ходе.

Рис. 97. Принципиальная схема работы ЗДС с ЧПУ

Электродвигателем 14 производится перемещение каретки зубодолбежной головки для установки зоны резания и хода долбяка. Движение ради­альной подачи осуществляется электродвигателем 10 по координате X.

6.4. Зубошевинговальные станки.

Процесс шевингования является одним из наиболее распространенных способов чистовой обработки незакаленных цилиндрических зубчатых колес. Обработка осуществляется по методу обкатки на скрещивающихся осях шевера 2 и колеса 1 с усиленным скольжением сопряженных зубьев. При вра­щении обрабатываемого колеса (рис.98) в зацеплении с инструментом - шевером, имеющим режущие кромки вдоль эвольвентных зубьев, при взаимном скольжении профилей срезаются очень тонкие волосовидные стружки, по­вышая точность и снижая параметры шероховатости рабочих поверхностей зубьев.

Скорость взаимного скольжения профилей является скоростью резания при зубошевинговании.

В процессе обработки колесо и шевер находятся в беззазорном зацеп­лении так, что мгновенный контакт между ними располагается в одной и при обкатке образует след на боковой поверхности зубьев. Поэтому для полной обработки колеса необходимо перемещение контакта вдоль зуба, т. е. осуще­ствление продольной подачи.

Рис. 98. Схема процесса шевингования.

6.5. Станки для обработки гипоидных и конических колес

Станки для обработки гипоидных и конических колес (ГКС) работают торцовыми головками с резцами, имеющими прямолинейные режущие кром­ки при периодическом или при непрерывном делении.

В первом случае обрабатываются зубчатые колеса с круговой линией зубьев. Во втором - - линии зуба очерчиваются в продольном направлении по циклическим кривым.

При изготовлении конических колес основным является метод обкатки. При этом методе профиль зуба обрабатываемого колеса образуется как оги­бающая инструментальной поверхности производящего колеса, которая на станке воспроизводится прямолинейными режущими кромками зуборезной головки. При методе обкатки вращение производящего колеса (люльки) и обрабатываемой заготовки строго согласованы (рис.96).

На рис. 97 показана компоновка универсального зуборезного станка, который состоит из станины 1, обкатной люльки 2, несущей инструменталь­ный шпиндель 3 для крепления зуборезной головки 4, стола 7, бабки изделия 6 и шпиндельной (гипоидной) головки 5.

На рис. 98 показана структурная кинематическая схема зуборезного станка. Привод вращения зуборезной головки осуществляется электродвига­телем Ml. Вращение обкатной люльки связано через кинематическую цепь с вращением шпинделя изделия 2, на котором закреплено обрабатываемое зуб­чатое колесо.

Рис. 96. Схема обработки конического зубчатого колеса методом обкатки:

А - вращение зуборезной головки вокруг своей оси; Б - вращение произволь­ного колеса; В - вращение обрабатываемой заготовки, согласованное с вращением люльки

Рис. 97. Компоновка зуборезного станка для нарезания гипоидных и кониче­ских колес с круговыми зубьями

Требуемое для обкатки зубьев передаточное отношение возвратно-вращательных движений обрабатываемого зубчатого колеса и люльки обес­печивается подбором сменных зубчатых колес гитары обкатки 6. Во время холостого хода через дифференциал 4 шпинделю бабки изделия 2 сообщает­ся дополнительное вращение, с помощью которого осуществляется поворот шпинделя на один угловой шаг зубьев. Получение при этом требуемого чис­ла зубьев обеспечивается подбором сменных зубчатых колес гитары деления 3. Электродвигатель М2 осуществляет привод кинематической цепи станка и ее реверсирование через коробку скоростей 5.

Рис. 98. Структурная кинематическая схема зуборезного станка для обработки гипоидных и конических колес

В начале цикла обработки зуба обкатная люлька и зуборезная головка занимают исходное положение и резцы, находясь под заготовкой, не касают­ся ее. В начале цикла обкатки заготовка быстро перемещается в направлении инструмента на полную высоту зуба и начинается рабочий ход обработки его, т. е. согласованный угловой поворот обкатной люльки и шпинделя изде­лия с закрепленной заготовкой. При этом происходит обработка впадины зуба по выпуклой и вогнутой сторонам зуба.

Угол поворота обкатной люльки называется углом обката. После того, как зуб полностью будет обработан, люлька дополнительно повернется на 3-6 градусов и отводится от инструмента на величину, несколько большую полной внешней высоты зуба. При этом рабочий процесс заканчивается, и люлька возвращается в исходную позицию.

7. ПРОТЯЖНЫЕ, СТРОГАЛЬНЫЕ И ОТРЕЗНЫЕ СТАНКИ

7.1. Протяжные станки.

Протяжные станки (ПС) используют при обработке различных наруж­ных поверхностей и отверстий, образованных прямолинейным перемещени­ем инструмента, а также сложных криволинейных поверхностей, которые трудно обработать иным способом.

Инструментом являются протяжки, имеющие форму стержня с распо­ложенными вдоль оси режущими зубьями.

В зависимости от назначения ПС имеют несколько разновидностей компоновок, показанных в табл. 16.

Таблица 16

Тип станка и компоновка	Конструктивные особенности станка
1	2
Горизонтально-протяжные станки для внутреннего протягивания	Станок включает в себя основную станину с опорной плитой под заготовку, рабо­чим цилиндром, рабочими салазками и ра­бочим патроном, в который входит перед­ний хвостовик протяжки во время процесса резания. К основной станине крепится приставная станина со вспомогательными салаз­ками и ушами, обеспечивающими захват заднего хностовика протяжки, подвод, со­провождение и отвод ее от заготовки, а так­ же другие функции процесса обработки. Станки оснащают сменными рабочими патронами для захвата хвостовиков круглых или плоских протяжек. В основной станине размещен поддер­живающий ролик, назначение которого под­держать протяжку после выхода ее из вспо­могательного патрона для избежания пере­коса протяжки и тяжелой заготовки. Тяжелые станки, у которых масса про­тяжки достигает 250 кг и более, в основной станине вместо поддерживающего ролика имеют поддерживающий люнет Преимущества конструкции станков-удобство обслуживания, обеспечение воз­можности установки крупных и тяжелых заготовок. Недостатки - провисание протяжки и искривление ее оси под действием массы

Таблица 16 (продолжение)

1	2
Вертикально-протяжные станки для внутреннего протягивания	Общая компоновка станка включает в себя станину, вертикально установленную на основании На станине расположен рабочий цилиндр и рабочие салазки, а также закреп­лена консольная тумба со столом В верхней части станины размещены вспомогательные салазки с вспомогательным патроном. В основании установлены насос для подачи СОЖ и конвейер для удаления стружки. У вертикально-протяжных станков конструкции рабочего и вспомогательного патронов аналогичны конструкциям патро нов горизонтально протяжных станков Для зажима протяжек применены два валика с выточками иод шейку хвостовика. Преимущесва - повышение точности обработки вследствие отсутствия провисания протяжки, экономия производственной площади, возможность автоматизации смены инструмента.
Вертикально-протяжные станки для гаружнего протягивания	Компоновка станков общего назначе­ния аналогична компоновке станков для внутреннего протягивания Оба типа станков имеют унифицированные станины, основания и ряд вспомогательных узлов за исключением столов и приспособлений для уста­новки заготовок. На вертикально-протяжных станках для наружного протягивания применяют столы отводные, опрокидывающиеся, пово­ротные, отводные поворотные и неподвиж­ные, каждый из которых имеет свое кон­кретное назначение и конструктивные осо­бенности.
Протяжные станки непрерывного действия	Конструктивная компоновка станков включает в себя массивную станину, в кото-рои размещены ведущий и ведомый валы, связанные между собой бесконечной тяговой цепью с установленными на ней зажимными приспособлениями. В верхней части станины закреплен инструмент - протяжка, вдоль которой пе ремещается заготовка. В ряде станков размещение инструмен­тов и заготовок может быть обратное, при котором непрерывное перемещение на тяго вой цепи совершает инструмент. Станки используют в крупносерийном и массовом производствах и оснащают авто­матическими устройствами для загрузки и выгрузки деталей.

7.2. Строгальные станки.

Строгальные станки (СТС) применяют для обработки горизонтальных, вертикальных и наклонных поверхностей, их сочетаний, а также продольных пазов различного профиля.

Разновидность СТС являются долбежные станки (ДС), которые ис­пользуют главным образом для обработки внутренних плоских и фасонных поверхностей резцом.

Типы и конструктивные особенности СТС приведены в табл. 17.

Таблица 17

Тип станка и компоновка	Конструктивные особенности станка
1	2
Продольно-строгальные станки	Станки выпускают в двухстоечном (а) и одностоечном (б) исполнениях. Одностоечные имеют незамкнутое с одной сто­роны рабочее пространство, что расширяет их технологические возможности по ширине устанавливаемой заготовки. По направляющим боковых стоек вертикально переме­щаются поперечина с суппортами и боковые суппорты. Стол, установленный на плоской и V-бразной направляющих, со­вершает возвратно-поступательное движение Ширина стола двухстоечных станков в зависимости от модели станка, составляет 900, 1120 и 1400 мм. Ширина и длина устанавливаемых заготовок составляет для этих станков соответственно 1000x3000, 1250x4000 и 1600 х 6000 мм. Привод стола осуществляется от реверсивного электро­двигателя постоянного тока через двухдиапазонную коробку скоростей. Скорость обратного хода устанавливается независи­мо от скорости рабочего хода. Во время обратного хода резцедержатель поднимается с помощью специального устройства откидки для предотвраще­ния контакта задней поверхности резца с обработанной по­ верхностью.
Строгально-фрезерные станки	По компоновке станки аналогичны продольно-станки строгальным станкам и также выполняются двухстоечными и одностоечными, но вместо строгальных суппортов они осна­щены фрезерными бабки ми, размещенными на направляющих боковых стоек Строгально фрезерные сганки оснащают также системами ЧПУ, с помощью которых производится выбор точек реверса стола, назначение скоростей рабочего и обратного хода стола, подач и скоростей регулируемых перемещений рабочих орга­нов, выбор координат их перемещений и др. Пределы скоростей перемещения столамм/мин

Таблица 17 (продолжение)

1	2
Поперечно-строгальные станки	Конструктивно поперечно-строгальные станки включают станки в себя станину, по горизонтальным направляющим которой перемещается ползун с инструментом, а по вертикальным - поперечина со столом, на котором устанавливается заготовка. Станки выпускаются с прямоугольным неповоротным столом (основное исполнение), с прямоугольным поворотным столом, с универсальным поворотным столом, с устройством для контурного копирования, а также с универсальным пово­ротным столом и устройством для контурного копирования. Суппорт с резцедержателем снабжен поворотной частью для строгания наклонных поверхностей. Станки выпускают с механическим и гидравлическим приводом ползуна. В механическом приводе применяют вра­щающуюся или качающуюся кулису и кривошипно-шатунные механизмы.
Долбежные станки	Малые долбежные станки с механическим приводом глав­ного движения выполняют с наибольшими ходами лолзуна 100 и 200 мм. Конструктивно они состоят из станины, по верти­кальным направляющим которой перемещается ползун с инст­рументом, а по горизонтальным - стол, перемещающийся в продольном и поперечном направлениях. На этом столе закре­пляют поворотный стол для установки заготовок. Привод пол­зуна осуществляется качающейся или вращающейся кулисой в комбинации с кривошипом; он снабжен фрикционной муфтой и тормозом. Преимуществом станков является использование про­стого и недорогого инструмента, а также возможность быстрой переналадки для обработки деталей широкой номенклатуры. Недостатком станков является слабость звеньев механиз­мов приводов ползуна, а также малая их износостойкость, что не позволяет работать на станках с силами резания более 6000 Н. Средние долбежные станки с гидравлическим приводом главного движения конструктивно подобны малым станкам. Выполняются с наибольшим ходом лолзуна мм. На станках обеспечивается сила резания до 60000 Н. Гидравличе­ское устройство обеспечивает регулирование рабочей скорости ползуна, его ускоренный обратный ход, плавный разгон и торможение. Диаметр рабочей поверхности стола 630, 800 и 1250 мм в зависимости от модели станка. Тяжелые долбежные станки с электромеханическим при­водом главного движения конструктивно выполняют с наи­большим ходом ползуна 1000 и 1600 мм. Станки отличаются большой массивностью и жесткостью станины, стола и ползу­на. Для привода ползуна на станках установлен реверсивный электродвигатель постоянного тока. Масса ползуна уравнове­шивается противовесом Ползун вместе с кареткой и электро­двигателем может поворачиваться в продольном направлении на угол ±15°. Все рабочие органы станков перемещаются отдельными приводами.

1.3. Отрезные станки

Отрезные станки (ОТС) используют в заготовительных цехах для раз­резки и отрезки сортового и фасонного материала любого профиля и размера. Разрезания заготовки можно проводится как в поперечном направлении, так и под углом. Станки могут оснащаться загрузочными устройствами и встраи­ваться в автоматические линии.

В зависимости от применяемого инструмента станки имеют несколько разновидностей компоновок, конструктивные особенности которых приведе­ны в табл. 18.

Таблица 18

Тип станка и компановка	Конструкционные особенности станка
1	2
Фрезерно-отрезные станки	Станки имеют компоновку, при которой по горизонталь­ным направляющим станины от гидратшческого цилиндра перемещается инструментальная бабка (движение подачи DS). В качестве инструмента используется круглая цельная пила диаметром до 500 мм или сборная диаметром мм со вставными зубчатыми сегментами. Привод пильного диска осуществляется от индивидуаль­ного асинхронного электродвигателя через многоступенчатую коробку скоростей (шесть-восемь ступеней) с таким направле­нием вращения, при котором сила резания направлена снизу вверх (главное движение Dr). Зажим и разжим разрезаемого материала, а также его пе­редвижение на мерную длину осуществляются с помощью гидравлических устройств. Для поддержания конца длинных заготовок станок снабжен подвижной тележкой. Удаление из зоны резания отрезанных заготовок проводится столом выгруз­ки и специальным сбрасывателем. Станки оснащают счетчиками числа резов, которые пре­кращают его работу после осуществления заданного числа ре­зов.
Ленточно-отрезные станки	Ленточио-отрезные станки выпускаются горизонтальной (а) и вертикальной (б) компоновок. Отрезка заготовок осуще­ствляется бесконечной ленточной пилой, устанавливаемой на двух дисках, один из которых является приводным, а другой натяжным. В станках горизонтальной компоновки (а) приводной и натяжной диски установлены под углом 60˚ к горизонтальной плоскости. Для разворота полотна пилы в рабочей зоне строго в плоскость ее подачи пильная рама снабжена специальными направляющими. В процессе резания усилие поддерживается на заданном уровне с замедлением при врезании пилы и выходе ее в конце реза. Для подачи и зажима заготовки установлены тиски с гидравличесхим приводом. В станках вертикальной компоновки (б) оси приводного и натяжного дисков расположены горизонтально, а заготовка устанавливается на столе под углом до 30˚ в вертикальной плоскости. Рабочая подача заготовки осуществляется гидроцилин­дром в горизонтальной плоскости. На станках вертикальной компоновки кроме отрезки можно проводить прорезание фасонных контуров, а также обработку абразивной или полировальной лентой. Достоинством станков является повышенная производи­тельность, точность пропила и малая ширина реза (0,8 - 1 мм). Недостатком - быстрый износ и нередкие разрывы лен­точного полотна.