Глава 2

НАРЕЗАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС ЧЕРВЯЧНЫМИ ФРЕЗАМИ

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ

Нарезание зубьев червячной фрезой осуществляется на зубофре-зерных станках методом обкатки. Профиль режущей части червячной фрезы в осевом ее сечении близок к профилю рейки, поэтому нарезание зубьев червячной фрезой можно представить как зацепление рейки с зубчатым колесом.

Рабочий ход (движение резания) осуществляется вращением фрезы 4 (рис. 1). Для обеспечения обкатки вращение фрезы и заготовки 3 должно быть согласовано так же, как при зацеплении червяка 1 и колеса 2, т. е. частота вращения стола с заготовкой должна быть меньше частоты вращения фрезы во столько раз, во сколько число нарезаемых зубьев больше числа заходов фрезы (при однозаходной фрезе стол с заготовкой вращается в г раза медленнее фрезы).

Движение подачи осуществляется перемещением суппорта с фрезой относительно нарезаемого колеса (параллельно его оси). В новых конструкциях станков имеется также радиальная подача (врезания). При нарезании косозубых колес должно быть обеспечено дополнительное

1. Основные кинематические цепи зубофрезерных станков

Цепь Что обеспечивается Крайние элементы цепи Движения, которые нужно связать Орган настройки
Скоростная Скорость резания u, м/мин (частота вращения фрезы n, об/мин) Электродвигатель — фрезерный шпиндель Вращение вала электродвигателя (, об/мин) и фрезы (n, об/мин) Гитара скоростей
Цепь осевой (вертикальной) подачи Подача Soi мм/об Стол — винт подачи суппорта Один оборот заготовки — осевое перемещение суппорта на величину Ео Гитара подачи
Цепь деления Число нарезаемых зубьев z Стол — фрезерный шпиндель Один оборот фрезы k/z оборотов стола Гитара деления
Цепь дифференциала Угол наклона нарезаемых зубьев в Стол — винт подачи суппорта Перемещение суппорта на осевой шаг ta — дополнительный поворот заготовки Гитара дифференциала

Рис. 1. Принцип работы зубофрезерных станков:

Принцип работы зубофрезерных станков

1 - червяк; 2 - делительное червячное колесо; 3 - заготовка; 4 - фреза; 5 - гитара деления

 

 

 

 

вращение стола с заготовкой, связанное с движением подачи. Поэтому зубофрезерный станок имеет кинематические цепи и органы их настройки (гитары), указанные в табл. 1.

 

ЗУБОФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ

Конструкция и технические характеристики станков

В зависимости от положения оси заготовки зубофрезерные станки (табл. 2—4) подразделяют на вертикальные и горизонтальные, Вертикальные зубофрезерные станки (рис. 2) изготовляют двух типов: с подающим столом и с подающей колонной (стойкой).

Общий вид вертикального зубофрезерного станка

Рис. 2. Общий вид вертикального зубофрезерного станка:

1 — стол; 2 — станина; 3 — пульт управления; 4 — колонна; 5 — фрезерный суппорт; 6 — кронштейн; 7 — поддерживающая стойка

Станок с подающим столом, на котором закреплена заготовка, имеет неподвижную колонну с фрезерным суппортом и заднюю поддерживающую стойку с поперечиной или без нее. Сближение фрезы и заготовки осуществляется горизонтальным перемещением стола (по направляющим).

Станок с подающей колонной, которая перемещается для сближения с заготовкой, закрепленной на неподвижном столе, может быть выполнен с задней стойкой или без нее. Обычно так выполняют крупные станки.

2, Основные данные о зубофрезерных станках

Основные данные о зубофрезерных станках
Основные данные о зубофрезерных станках
Основные данные о зубофрезерных станках

Примечания:

1. Станки, имеющие букву «П» в обозначении, а также модели 5363, 5365, 5371, 5373, 531ОА являются станками повышенной и высокой точности и предназначены, в частности, для нарезания турбинных зубчатых колес.

2. Крупные станки (мод. 5342 и т. п.) имеют механизм единичного деления для работы дисковыми и пальцевыми фрезами с использованием поставляемых по заказу накладных головок: для нарезания колес с внешними зубьями пальцевой фрезой (см. табл. 5), колес с внутренними зубьями дисковой или пальцевой фрезой или специальной червячной фрезой (см. табл. 1). По заказу поставляются протяжной суппорт для нарезания червячных колес с тангенциальной подачей и механизм для нарезания колес с углом конуса вершин зубьев до 10°, механизм реверса для нарезания пальцевой фрезой шевронных колес без канавки.

3. Станки мод. 542, 543, 544, 546 и станки, созданные на их базе, предназначены для нарезания крупных червячных колес высокой точности, например делительных колес зуборезных станков.

4. Горизонтальные станки мод. 5370, 5373, 5375 и станки, созданные на их базе, предназначены для работы червячной, пальцевой и дисковой фрезой, остальные станки отечественного производства применяют только для работы червячной фрезой.

5. Буквы, указанные в скобках после наименования модели, означают варианты данной модели: например, 5К324 (А, П) означает, что имеются модели 5К324, 5К324А и 5К324П.

 

3. Основные размеры стола (в мм) зубофрезерных станков, число зубьев делительного колеса z k

Основные размеры стола зубофрезерных станков, число зубьев делительного колеса
Горизонтальный зубофрезерный станок

Рис. 3. Горизонтальный зубофрезерный станок:

1 — станина; 2 — задняя бабка; 3 — фрезерный суппорт; 4 — планшайба; 5 — передняя бабка

 

Горизонтальные зубофрезерные станки (рис. 3), предназначенные преимущественно для нарезания червячными фрезами зубьев валов-шестерен (зубчатых колес, изготовленных за одно целое с валом) и зубчатых колес небольших размеров, выполняют с подающей шпиндельной бабкой, несущей заготовку, или с подающим фрезерным суппортом.

 

4. Некоторые виды проверок точности вертикальных зубофрезерных станков

Некоторые виды проверок точности вертикальных зубофрезерных станков

На станке с подающей шпиндельной бабкой один конец заготовки закреплен в шпиндельной бабке, а другой поддерживается задним центром. Червячная фреза находится под заготовкой на шпинделе фрезерного суппорта, каретка которого перемещается горизонтально по направляющим станины станка параллельно оси заготовки. Радиальное врезание фрезы осуществляется вертикальным перемещением шпиндельной бабки вместе с задним центром и обрабатываемой заготовкой.

На станке с подающим суппортом заготовку закрепляют в шпиндельной бабке и в люнетах. Червячная фреза находится за изделием, на шпинделе фрезерного суппорта, каретка которого при рабочей подаче перемещается горизонтально по направляющим станины, параллельно оси обрабатываемого изделия» Радиальное врезание фрезы осуществляется горизонтальным перемещением фрезерного суппорта перпендикулярно оси заготовки.

Приводом стола зубофрезерного станка является червячная делительная передача — червяк с червячным колесом. От точности этой передачи в основном зависит кинематическая точность станка. Поэтому нельзя допускать слишком большую скорость вращения стола во избежание нагрева и заедания зубьев делительной червячной передачи. В случае нарезания колес с малым числом зубьев, а также при применении многозаходных фрез следует определять фактическую скорость скольжения червячной делительной пары, которая для чугунных колес не должна превышать 1—1,5 м/с, а для червячного колеса с бронзовым венцом 2—3 м/с. Скорость скольжения (примерно равна окружной скорости червяка) и частота вращения можно определить по формулам

Скорость скольжения и частота вращения червячной делительной пары

где dч — диаметр начальной окружности делительного червяка, мм; nч; n — частота вращения червяка и фрезы, об/мин; zк; z — числа зубьев делительного и нарезаемого колес; k — число заходов червячной фрезы.

В конструкциях станков предусмотрена возможность регулировки делительной пары, подшипников стола и шпинделя, клиньев и червячной пары суппорта.

Наладка зубофрезерных станков

Основными операциями наладки являются настройка кинематических цепей станка (гитар скоростей, подач, деления, дифференциала); установка, выверка, закрепление заготовки и фрезы; установка фрезы относительно заготовки на требуемую глубину фрезерования; установка упоров автоматического выключения станка.

Передачу движения различным механизмам станка удобно рассматривать на его кинематической схеме (рис. 4), чем значительно облегчается вывод формул для настройки цепей станка.

На схеме указаны числа зубьев цилиндрических, конических и червячных колес и числа заходов червяка в червячной передаче. Показаны также электродвигатели главного привода, ускоренных движений, осевого перемещения фрезы (вдоль оси фрезерной оправки), что позволяет в ряде случаев повысить стойкость фрезы.

На схеме показаны электромагнитные муфты, включение которых в различных сочетаниях обеспечивает требуемые движения: МФ1 или МФ2 — быстрое перемещение стола или суппорта; МФ1 и МФ4 — радиальная подача стола; МФ2 и МФ4; МФ2 и МФЗ — вертикальная подача суппорта вверх и вниз. Нарезание червячных колес производится при радиальной подаче фрезы.

Нарезание цилиндрических зубчатых колес фрезами

В зубофрезерных станках имеется механизм дифференциала, предназначенный для дополнительного вращения заготовки при нарезании косозубых колес. При работе с включенным дифференциалом колесо z = 58 получает и передает к столу основное и дополнительное вращения. Основное вращение передается через конические колеса z = 27, дополнительное вращение — от гитары дифференциала через коническую передачу 27/27, червячную передачу 1/45, водило, колеса дифференциала z = 27. При этом ведомое колесо вращается вдвое быстрее, чем червячное колесо z = 45 и водило (см. далее настройку цепи дифференциала). Основное и дополнительное вращения складываются (вращение заготовки ускоряется), если наклон зубьев колеса и направление витка фрезы одинаковы (например, правое колесо нарезается правой фрезой), и вычитаются, если они различны (например, правое колесо нарезается левой фрезой). Необходимое направление дополнительного вращения относительно основного обеспечивается промежуточным колесом в гитаре дифференциала.

При нарезании прямозубых колес дифференциал выключают, водило неподвижно, и передается только основное движение (кроме рассматриваемой далее наладки станка для нарезания прямозубого колеса с простым числом зубьев).

Настройка гитар станков мод. 5К32А и 5К324А (см. рис. 4). Гитара скоростей (вращения фрезы). Скоростная цепь связывает заданную частоту вращения фрезы nф с частотой вращения электродвигателя главного привода nэ = 1440 об/мин, поэтому уравнение скоростной цепи имеет следующий вид:

уравнение скоростной цепи

откуда передаточное отношение гитары скоростей

передаточное отношение гитары скоростей

где а и Ь — числа зубьев сменных колес гитары скоростей.

Станок снабжен пятью парами сменных колес (23/64, 27/60; 31/56; 36/51; 41/46). Колеса каждой пары могут быть установлены в указанном и обратном порядках (например, 64/23), что позволяет получать соответственно десять различных частот вращения фрезы (40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315 об/мин).

Гитара деления. Для нарезания колес с заданным числом зубьев г за время одного оборота червячной фрезы с числом заходов k заготовка должна сделать k/z, оборота, что обеспечивается подбором сменных колес гитары деления с передаточным отношением iдел.

Уравнение делительной цепи имеет следующий вид:

Уравнение делительной цепи

В общем виде расчетную формулу для настройки гитары деления можно представить так:

расчетная формула для настройки гитары деления

Значения Сдел для ряда станков даны в табл. 5.

5. Коэффициенты Сдел и Сдиф в формулах настройки гитары деления и гитары дифференциала зубофрезерных станков

Коэффициенты Сдел и Сдиф в формулах настройки гитары деления и гитары дифференциала зубофрезерных станков

К станку прилагается 45 сменных колес модулем 2,5 мм. гитар деления, подач и дифференциала со следующими числами зубьев: 20 (2 шт.), 23, 24 (2 шт.), 30, 33, 34, 35, 37, 40 (2 шт.), 41, 43, 45, 47, 50, 53, 55, 58, 59. 60, 61, 62, 67, 70 (2 шт.), 71, 72, 75 (2 шт.), 79, 80, 83, 85, 89, 90, 92, 95, 97 98, 100.

Пример 1. Рассчитать сменные колеса гитары деления для нарезания колеса z = 88 однозаходной фрезой на станке мод. 5КЗ24А. Решение:

Рассчитать сменные колеса гитары деления для нарезания колеса

Возможны и другие варианты подбора сменных колес, например 30/55 35/70 и т. д.

Чтобы разместить в любой гитаре две пары сменных колес, должны быть выполнены условия: а1 + b1 > с1; c1 + d1 > b1.

Проверяем: 30 + 55 > 40; 40 + 80 > 55; 0ба условия выполнены.

Пример 2. Подобрать по прилагаемой к станку таблице сменные колеса для нарезания колеса z = 88 двухзаходной фрезой на станке, указанном в примере 1.

Решение z = 88/2 = 44. По таблице находим

iдел = 30 / 55 = a1 / b1

Как видим, здесь достаточно одной пары сменных колес. Если по конструкции гитары требуются две пары сменных колес, то вторая пара добавляется с передаточным отношением, равным единице; например:

iдел = 30 / 55   40 / 40.

Гитара подачи. За один оборот заготовки, установленной на столе, суппорт с фрезой должен получить вертикальное перемещение на величину осевой (вертикальной) подачи So (выбранной при назначении режимов резания), что и обеспечивается настройкой гитары подач.

Уравнение цепи вертикальной подачи, если рассматривать эту цепь станка от стола к фрезерному суппорту, имеет следующий вид (in— передаточное отношение гитары подачи, 10 мм — шаг винта вертикальной подачи):

Уравнение цепи вертикальной подачи

Соответственно получены значения вертикальных и горизонтальных (радиальных) подач для данного станка:

значения вертикальных и горизонтальных (радиальных) подач для станка

где Спод.— коэффициент, зависящий от кинематической цепи данного станка.

Для упрощения подбора сменных колес гитары подач также пользуются таблицей, прилагаемой к станку.

Гитара дифференциала. При перемещении суппорта на величину осевого Px шага косозубого колеса стол с заготовкой помимо поворота в делительной цепи должен сделать дополнительный поворот на пеличину окружного шага нарезаемого колеса, т. е. на 1/z оборота, что и обеспечивается настройкой гитары дифференциала. Число оборотов винта вертикальной подачи с шагом t =10 мм, соответствующее перемещению гайки с суппортом на величину осевого шага колеса, nв = ta/t.

Рассматривая кинематическую схему станка от фрезерного суппорта к столу через гитару дифференциала с передаточным отношением iдиф, составляем уравнение цепи дифференциала:

уравнение цепи дифференциала
уравнение цепи дифференциала 2

где mn и В — нормальный модуль и угол наклона зубьев нарезаемого колеса; k —число заходов фрезы; Сдиф — коэффициент, постоянный для данного станка (см. табл. 5).

К станку прилагаются таблицы для подбора сменных колес дифференциала в зависимости от модуля и угла наклона зубьев В. Но так как число значений В в таблицах ограничено, сменные колеса приходится подбирать расчетным путем. В расчетную формулу входят величины Пи = 3,14159 ... и sin В, поэтому невозможен абсолютно точный подбор сменных колес гитары дифференциала. Расчет обычно производят с точностью до пятого - шестого знака после запятой. Затем с помощью специально изданных таблиц для подбора сменных колес полученную по формуле десятичную дробь с высокой точностью превращают в простую дробь или в произведение двух простых дробей, числитель и знаменатель которых соответствуют числам зубьев сменных колес гитары дифференциала.

Пример 1. Подобрать сменные колеса гитары дифференциала для нарезания однозаходной червячной фрезой косозубого колеса mn = 3 мм; B = 20° 15' на станке мод. 5К32А или 5К324А.

Подобрать сменные колеса гитары дифференциала

1-й вариант решения. По таблицам работы [9] находим ближайшее значение iдиф и соответствующие ему числа зубьев сменных колес

находим ближайшее значение iдиф и соответствующие ему числа зубьев сменных колес

2-й вариант решения. С помощью таблиц работы [12] переведем десятичную дробь в простую и разложим на множители:

0,91811 = 370/403 = 2*5*37/(13*31). Путем умножения числителя и знаменателя дроби на 10 = 5*2 получаем

находим ближайшее значение iдиф и соответствующие ему числа зубьев сменных колес 2

Результаты подбора сменных колес по разным таблицам совпадают, но 1-й вариант решения получают быстрей, поэтому удобнее пользоваться таблицами, приведенными в работе [9].

Пример 2. Подобрать сменные колеса для условий, приведенных в примере 1, но при B = 28° 37'.

Решение:

Подобрать сменные колеса для условий
Так как в таблицах приведены значения дробей меньше единицы, определяем величину, обратную iдиф, и значения чисел зубьев по таблицам, приведенным в работе [9]:

I/1,27045 = 0,7871122 = 40*55/(43*65),

откуда

iдиф = 65*43/(40*55) = a3/b3 * c3/d3.

Ускоренное перемещение суппорта:

Sмин = 1420*25/25*36/60*50/45*1/24*10 = 390 мм/мин;

для стола

Sмин = 1420*25/25*36/60*45/50*34/61*1/36 = 118 мм/мин.

Нарезание прямозубых колес с простыми числами зубьев *1. При отсутствии сменных колес гитары деления колеса с простыми числами зубьев свыше 100 можно нарезать с помощью дополнительной настройки и включения цепи дифференциала.

Сущность такой настройки станка заключается в следующем: гитару деления настраивают не на z зубьев, а на z + а, где а — небольшая произвольно выбранная величина, которую рекомендуется принимать меньше единицы. Для компенсации влияния этой величины настраивают дополнительно гитару дифференциала. При составлении уравнения настройки следует исходить из соотношения: один оборот фрезы соответствует k/z оборотов заготовки по делительной и дифференциальной цепям. Оно имеет следующий вид (см. рис. 4):

k/z*96/1*1/iдел+k/z*96/1*2/26*iпод*39/65*50/45*48/32*iдиф*1/45X2*27/27*29/29*29/29*16/64 = 1 об. фрезы.

Подставив iпод = 0,5s0, получим следующие формулы настройки:

настройка гитары деления для станков мод. 5К32А; 5327 и др., где Сдел = 24 (см. табл. 5),

формула настройка гитары деления для станков мод. 5К32А; 5327

настройка гитары дифференциала для станков мод. 5К32А и 5К324А

формула настройка гитары дифференциала для станков мод. 5К32А и 5К324А

Если в формуле iдел взят со знаком плюс, что iдиф следует брать со внаком минус, т. е. дифференциал должен замедлять вращение стола, и наоборот. Гитара подач должна быть настроена точно для обеспечения подачи S0.

Пример. На станке мод. 5К324А нарезать прямозубое колесо z = 139. Фреза правая; k = l; S0 = 1 мм/об. Решение.

Гитара деления

На станке мод. 5К324А нарезать прямозубое колесо z = 139

*1 - Простые числа нельзя разложить на множители, например 83, 91, 101, 107, ... 139 и т. д.

 

Наладка станка для нарезания косозубых колес без настройки дифференциала. Косые зубья можно нарезать без настройки дифференциала путем соответствующего подбора сменных колес гитары деления и гитары подач. В этом случае

Наладка станка для нарезания косозубых колес без настройки дифференциала

где знаки (+) или (—) могут быть определены по табл. 6.

6. Условия, определяющие знак в расчетной формуле iдел

Нарезаемое колесо

Фреза

Фрезерование

против направления подачи

по направлению подачи

Правое

 

Левое

 

Правая

Левая

Правая

Левая

-

+

+

-

+

-

-

+


В связи с тем, что в формулу входят Пи, и sin B, точный подбор сменных колес гитары деления невозможен. Поэтому их подбирают приближенно, с наименьшей погрешностью (практически с точностью до пятого знака). По приведенной формуле подбирают ближайшие числа зубьев колес гитары деления при заданной подаче и по ним определяют фактическое передаточное отношение гитары деления (индекс «ф» обозначает фактическую величину). Затем по этому отношению определяют iпод и с наименьшей погрешностью подбирают сменные колеса гитары подач.

Расчет iпод (с точностью до пятого знака) может быть произведен по формуле

Расчет iпод (с точностью до пятого знака)

где iд.ф — фактическая настройка гитары деления.

Пример. На станке мод. 5К32А при бездифференциальной настройке нарезать косозубое колесо; m = 10 мм; z = 60; B = 30° наклон зуба правый. Червячная фреза — правая однозаходная, Фрезерование осуществляется против направления подачи.

Решение. Принимаем s0 = 1 мм/об; тогда

spraw_zuboreza-30

Тогда (см. работу [9])

spraw_zuboreza-31

Если нет возможности использовать сменное колесо z = 37, занятое в гитаре деления, принимаем другой набор, дающий близкое к расчетному значение

iпод.ф = 45/73*65/100 = 0,505385.

Фактическая подача

Sоф = 80/39*0,5054 = 1,03 мм/об.