Кинематическая структура и настройка зубострогального полуавтомата мод. 5236П (стр. 1 )

Павлодарский государственный университет

им. С. Торайгырова

Факультет металлургии, машиностроения и транспорта

Кафедра машиностроения и стандартизации

КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И НАСТРОЙКА ЗУБОСТРОГАЛЬНОГО ПОЛУАВТОМАТА МОД. 5236П

Методические указания к выполнению лабораторной работы № 7 по дисциплине «Металлорежущие станки» для студентов машиностроительных специальностей

(для внутривузовского пользования)

Павлодар

УДК 621.9.06(07)

ББК 34.63-5я7

К41

Рекомендовано Учёным советом ПГУ им. С. Торайгырова

Рецензенты:

кандидат технических наук, профессор .

Составители: , ,

К41 Кинематическая структура и настройка зубострогального полуавтомата мод. 5236П: методические указания к выполнению лабораторной работы № 7 по дисциплине «Металлорежущие станки» для студентов машиностроительных специальностей (для внутривузовского пользования). - Павлодар, 2007. - 43 с.

В методическом указании изложен принцип получения зубьев конического зубчатого колеса, на основе которого составлена структурная и, далее, кинематическая схема станка. На основе кинематической схемы изложена методика расчета и настройки параметров движений. Акцентировано внимание на особенностях зубострогального полуавтомата для обработки конических зубчатых колес методом обката.

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

УДК 621.9.06(07)

ББК 34.63-5я7

©, 2007

©Павлодарский государственный университет

им. С. Торайгырова, 2007

Введение

Конические зубчатые передачи находят широкое применение в машиностроении. Изготовление высококачественных конических колес является весьма сложной задачей. Сложность ее, прежде всего заключается в том, что производящий режущий инструмент, представляющий собой кольцевую рейку, является воображаемым плоским колесом. Все расчеты же и наладка станка производятся как с реально существующим плоским производящим колесом. Кроме того, помимо формообразующих движений с участием упомянутого производящего колеса, на станке одновременно имеют место все остальные исполнительные движения характерные для металлорежущих станков, а именно, движения врезания, деления и вспомогательные.

В методическом указании ставится цель ознакомить студентов с принципом нарезания конических зубчатых колес методом обката и на этой основе привить студентам практические навыки расчета параметров, настройки и наладки станка на обработку конического зубчатого колеса на конкретном зубострогальном полуавтомате.

1 Цель и задачи лабораторной работы

1.1 Цель лабораторной работы – изучить принцип работы зубострогального полуавтомата для обработки конических зубчатых колес, произвести расчеты, настройку и наладку станка.

1.2 Задачи лабораторной работы:

1) Изучить настоящее методическое указание.

2) Получить индивидуальное задание и с помощью преподавателя или учебного мастера в лаборатории ознакомиться со станком.

Примечание: в связи с большим объемом работ по настройке и наладке станка и сложностью их выполнения студенты производят настройку и наладку лишь отдельных элементов согласно одному из вариантов, указанному учебным мастером.

3) Выполнить эскиз детали по варианту (приложение В) с указанием всех размеров и требований, предъявляемых к зубчатому колесу; из приложения Б выписать все параметры, характеризующие нарезаемое коническое зубчатое колесо согласно варианту.

4) Произвести расчет и анализ параметров по кинематической группе создающей движение скорости резания Фυ(П1); освоить методику наладки режущего инструмента.

5) Произвести расчет и анализ параметров по кинематической группе создающей движение обката Фs(B2B3); выполнить настройку кинематической цепи и установку исходного положения.

6) Произвести расчеты по кинематической группе создающей движение Д (B4) и выполнить установку органа настройки.

7) Выполнить операции по обеспечению требуемого движения врезания (осевая, угловая установка бабки изделия и установка стола).

8) Обработать зубчатое колесо по одному из вариантов.

9) Составить циклограмму работы зубострогального полуавтомата.

2 Назначение и техническая характеристика зубострогального полуавтомата мод. 5236 П

Станок предназначен для нарезания методом обката прямозубых конических колес диаметром до 125 мм и модулем до 2,5 мм. Он работает двумя зубострогальными резцами (ГОСТ 5392-64) из быстрорежущей стали Р9К10.

Станок может быть применен при любом характере производства. Однако, целесообразнее использовать его в условиях мелкосерийного производства.

Техническая характеристика

Наибольший модуль нарезаемых колес, мм 2,5 мм

Наибольший диаметр делительной окружности

нарезаемого колеса 125 мм

Длина образующей делительного конуса

наибольшая 63 мм

наименьшая 7 мм

Наибольшая ширина зубчатого венца 20 мм

Число двойных ходов суппортов в минуту

наибольшее 630

наименьшее 160

Число скоростей 7

Мощность привода главного движения 1,1 кВт

Мощность привода подачи 1,5 кВт

Мощность привода гидравлики 1,5 кВт

3 Принцип нарезания зубьев на зубострогальных полуавтоматах типа 5236 П

В качестве производящего элемента (режущего инструмента) используется плоское производящее колесо (ППК).

Плоское производящее колесо – это коническое зубчатое колесо с углом начального конуса 2 = 1800 (рисунок 1,а). В зацеплении конических зубчатых колес оно имеет такое же значение, как зубчатая рейка в зацеплении цилиндрических колес и является кольцевой рейкой для конических колес. Кольцевая рейка является предельным коническим колесом (2 = 1800) в том же смысле, в каком прямолинейная зубчатая рейка представляет собой предельное цилиндрическое колесо с радиусом R.

Рисунок 1

Радиус плоского колеса Rс зависит от длины образующей начального конуса сопряженного колеса. В процессе обката нарезаемого колеса по плоскому образующие начальных конусов этих колес практически совпадают. Следовательно, можно записать, что Rc = L, где L – длина образующей начального конуса нарезаемого колеса. Выразив их через модуль и число зубьев, получим:

= ,

откуда

zc =

где zc – расчетное число зубьев ППК (рассчитывается с точностью до пятого знака);

z – число зубьев нарезаемого колеса или шестерни (ведущее зубчатое колесо считается шестерней, ведомое – колесом).

Если угол между осями двух сопряженных конических зубчатых колес с числом зубьев Zш и Zк шестерни и колеса ∑ = 900, то число зубьев плоского производящего колеса определяется из выражения:

Zc = .

У плоского производящего колеса производящие поверхности зубьев образуются движением прямолинейных режущих кромок двух строгальных резцов, работающих в соседних впадинах нарезаемого колеса (рисунок 1,б). Кромки резцов расположены так, что профиль зубьев производящего колеса совпадает с профилем исходного контура кольцевой рейки. При обкате по ППК условно мягкой заготовки (рисунок 2) на ней будут выдавливаться зубья с эвольвентным профилем.

Рисунок 2

Направляющая производящая линия (профиль зубьев) получается методом обката движением обкатной подачи Фs(В2 В3), где В2 - вращение ППК, а В3 - согласованное с ним вращение заготовки. Образующая производящая линия (форма зуба по длине) получается методом следа реализуемого движением скорости резания Фv(П1), где П1 - поступательное перемещение резцов вдоль образующей конуса впадин нарезаемого конического зубчатого колеса. Таким образом, кинематическая структура станка комбинированная К23. В состав первой кинематической группы, создающей простое движение скорости резания Фv(П1), входят внутренняя связь (направляющие суппортов резцов), внешняя связь с органом настройки ίv (рисунок 3) и источник движения М1. В состав второй кинематической группы, создающей сложное движение обкатной подачи Фs(В2В3), входят внутренняя связь с органом настройки ίх, внешняя связь с органом настройки ίs и источник движения М2. В связи с тем, что ППК имеет только один зуб, существующий в виде перемещающихся режущих кромок резца, то после нарезания очередного зуба на заготовке ППК необходимо возвращать в исходное положение. С этой целью во внутреннюю связь второй кинематической группы встроен реверс Р. Для управления циклом работы станка используется распределительный вал (РВ) с кулачками К1, К2, К3, К4.

Рисунок 3

Кроме того, для нарезания последующих зубьев необходимо производить делительный поворот заготовки Д (В4). Для обеспечения точного деления во внутренней связи кинематической группы, создающей движение обката, имеется орган настройки ίd.

На основе рассмотренной структуры разработана кинематическая схема зубострогального полуавтомата мод. 5236П (рисунок 4), которая будет использована для определения значений параметров движений.

4 Расчет параметров, настройка и наладка станка

4.1 Кинематическая группа, создающая движение скорости резания Фv (П1)

Это движение простое с незамкнутой траекторией, поэтому необходимо настроить четыре параметра: скорость, направление, путь и исходное положение.

1) Траектория (прямая линия) не настраивается, т. к. обеспечивается прямолинейными направляющими суппортов с блоками резцов.

2) Настройка скорости резания ( внешняя связь).

Частота двойных ходов рассчитывается по формуле:

n = дв. ход./ мин.

где V – скорость резания, которая принимается равной 10 – 12 м/мин при обработке зубьев конических колес из стали (более низкие скорости при обработке колес из легированной стали);

b – ширина зубчатого венца, мм;

– перебег резцов, принимается равным 8 мм, причем со стороны утолщенного конца зуба рекомендуется выход резца – 5 мм, а со стороны тонкого конца – 3 мм.

При обработке зубчатых колес из цветных металлов скорость резания можно принять равной V = 12 м/мин. Определение формулы настройки для достижения расчетной частоты двойных ходов резцов:

Условие настройки: nэ об/мин → n дв. х. резцов/мин,

где nэ – частота вращения ротора электродвигателя главного движения, об/мин.

Уравнение кинематического баланса (УКБ) (рисунок 4):

Рисунок 4

nэ ∙(ίv)n,

откуда (ίv) = .

Набор сменных колес для настройки гитары скорости резания: 31, 36, 41, 53, 59,64, 69, 47. Суммарное число зубьев гитары скорости резания (рисунок 5) должно быть равно Z∑ = 100.

Рисунок 5

3) Настройка направления.

Направление перемещения резцов обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом. Кроме того, необходимо установить угол конусности зуба конического зубчатого колеса, значение которого выбирается из приложения Б (п. 28) в соответствии с вариантом задания. Обеспечивается этот угол установкой сегментов с суппортами резцов по шкале 6 (рисунок 6).

Рисунок 6

Для установки суппортов с резцами на угол конусности зуба необходимо отпустить гайки 4 (рисунок 6) и, поворачивая за квадрат 3, установить необходимый угол по шкале 6. После установки суппортов затянуть гайки. Установка угла каждого суппорта производится раздельно.

4) Настройка на путь.

Как было указано выше, рекомендуется задавать длину хода резцов на 8 мм больше ширины нарезаемого колеса. Для установки длины хода резцов необходимо открыть дверцу 1 передней бабки (рисунок 7), расцепить мелкомодульную муфту 2 (рисунок 8), на которой нанесены деления, соответствующие длине хода резцов, сцепить ее и затянуть гайкой 1.

5) Настройка исходного положения резцов.

Настройка исходного положения резцов производится по заготовке, поэтому, прежде всего, необходимо установить ее на оправку в шпиндель бабки изделия и закрепить с помощью гидравлического патрона. Далее поворотная плита 14 (рисунок 7) со шпиндельной бабкой 13 поворачивается относительно оси на угол конуса впадины ί нарезаемого колеса (раздел.4.3). Затем бабка изделия с помощью винта 2 смещается назад в осевом направлении и с помощью рычага 3 управления реверсивным золотником стол с бабкой изделия подводится до упора к передней бабке 4. Бабка изделия 13 перемещается в осевом направлении к резцам так, чтобы вершины резцов оказались на расстоянии 1– 1,5 мм от поверхности заготовки. Далее поворотом шпинделя за гайку 1 (рисунок 8) резцы устанавливаются в крайние положения. Для установки резцов относительно венца необходимо открепить гайки 1 (рисунок 6) и переместить резцедержки по Т - образному пазу суппортов так, чтобы обеспечить вход и выход резцов по длине зуба (врезание – 5 мм, перебег – 3 мм) и закрепить гайки 1.

Рисунок 7

Рисунок 8

(рисунок 7). Стол станка подводится с помощью гидроцилиндра 16, управляемого рукояткой 3. Центр станка является той точкой, которая совпадает с вершиной делительного конуса нарезаемого зубчатого колеса в процессе обработки (обката), а образующая конуса впадин совмещается при этом с центральной плоскостью. Установка резцов производится по приборам в следующей последовательности:

1 Установка угла профиля производится с помощью контрольной оправки 1 (рисунок 9), устанавливаемой в шпиндель бабки изделия 2, и контрольного резца 3. Регулировка производится с помощью клина 4 до совмещения режущей кромки резца с плоскостью а контрольной оправки. Эта установка производится на длительный период эксплуатации станка, поэтому ее выполнение в лабораторной работе не предусмотрено.

Рисунок 9

2 Установка резцов по высоте. Эта установка предусматривает совмещение вершин резцов с центральной плоскостью станка и производится по схеме (рисунок 10). Вначале прибор для установки резцов настраивается по индикатору на ноль на контрольном блоке (рисунок 10,а), затем устанавливается на резцедержатель (рисунок 10,б). Резец перемещается в резцедержке до тех пор, пока индикатор не покажет ноль. После зажима резца проверяют правильность установки. Эту операцию проделывают для обоих резцов.

Рисунок 10

Рисунок 11

3 Установка резцов по боковой режущей кромке. Данная установка резцов производится по аналогии с предыдущей по схемам представленным на рисунках 11,а и 11,б. Регулировка положения режущей кромки резца достигается с помощью винта 2 при ослабленном положении винта 1 (рисунок 6).

4.2 Кинематическая группа создающая движение обкатной подачи Фs (B2 B3)

Это движение сложное с незамкнутой траекторией (профиль одного зуба), поэтому необходимо настроить все пять параметров движения.

1) Настройка траектории (профиля зубьев). Внутренняя связь (рисунок 4).

УН I об. ППК → оборотов заготовки

∙

где ίх - передаточное отношение органа настройки цепи обката (рисунок 12);

Zc – число зубьев плоского производящего колеса;

Z - число зубьев нарезаемого зубчатого колеса;

ίd = - передаточное отношение органа настройки в цепи деления, полученное из уравнения кинематического баланса для цепи деления (раздел 4.3).

Подставляя вместо ίd его значение, и произведя соответствующие преобразования, в окончательном виде получим:

где Zί – число пропускаемых зубьев при делении (смотри движение деления).

Примечание - расчеты передаточного отношения ίх произвести после выполнения расчетов по всем последующим разделам.

Полученное передаточное отношение обеспечивается подбором сменных колес по «Таблицам подбора сменных шестерен по передаточному отношению». Подбор осуществляется таким образом, чтобы значение ίx, полученное с точностью до пятого знака, обеспечивалось сменными зубчатыми колесами.

Рисунок 12 - Сменные зубчатые колеса цепи обката

Сменные зубчатые колеса цепи обката находится под крышкой 5 (рисунок 7). При сцеплении шестерен гитары предусмотреть боковой зазор между зубьями 0,05 – 0,1мм. Сменные шестерни цепи обката и деления:

24 – 30 – 31 – 33 – 34 – 36 – 37 – 39

40 – 41 – 42 – 43 – 44 – 46 – 47 – 48

50 – 52 – 53 – 54 – 56 –– 60

61 – 62 – 63 – 64 – 66 – 68 – 69 – 70

71 – 72 – 73 – 74 – 75 – 76 – 78 – 79

80 – 82 – 83 – 86 – 89 – 90 – 91 – 93

94 – 97 – 100 – 101 – 104 – 109 , всего 55 штук.

2) Настройка скорости обката (обкатной подачи).

Величина скорости обкатной подачи в станках рассматриваемого типа задается временем цикла в с, т. е.

tц = tр + tх,

где tр – время обката (рабочего хода), с;

tх – время холостого хода, с.

В связи с тем, что циклом работы управляет распределительный вал (РВ), то условие настройки может быть представлено следующим образом:

tр → часть оборота РВ,

где - угол поворота РВ за время рабочего хода, (, из паспорта станка).

УКБ: tр =

где

Движение подачи заимствуется от электродвигателя постоянного тока М2 с тиристорным приводом. Двигатель имеет бесступенчатое регулирование частот вращения от 200 до 2000 об/мин, которое определяет рабочее время цикла и устанавливается с помощью рукоятки потенциометра по шкале расположенной на электрошкафу. Время рабочего хода и соответствующая ему частота вращения якоря электродвигателя выбирается по таблице 1.4. Меньшие значения tр выбираются для обработки зубчатых колес повышенной точности, большие значения tр – для зубчатых колес из материалов пониженной твердости и менее точных. Выбранная частота вращения электродвигателя измеряется тахометром.

Таблица 1.4

Время рабочего хода tр (с) по потенциометру	Показания тахометра nэ (об/мин) эл. двигателя подачи	Время холостого хода tх (с)	Общее время цикла tц (с)
53	200	5	58
43	250	5	48
35	300	5	40
30	355	4	34
25	425	4	29
20	535	4	24
15	710	3,5	18,5
12	900	3	15
10	1065	3	13
8	1330	3	11
6	1770	3	9
5	2000	3	8

3) Настройка направления обката.