Зубофрезерный станок

Зубофрезерный станок (рис. 365) предназначен для нарезания цилиндрических прямозубых, косозубых, а также червячных колес.

Рис. 365. Общий вид зубофрезерного станка.

Основными узлами зубофрезерного станка являются: станина 1; неподвижная стойка 3; стол 2; поддерживающий кронштейн 4; верхняя поперечина 5; фрезерный суппорт 6; подвижная стойка 7; автоматический выключатель вертикальной подачи 8; гитара деления 10; гитара подач 9; гитара дифференциала 11 и гитара скоростей вращения фрезы (на рис. 365 не видна, так как находится с противоположной стороны).

К станку прилагается дополнительный (протяжный) суппорт, позволяющий производить нарезание червячных колес с осевой (тангенциальной) подачей фрезы.

Кинематическая схема станка (рис. 366) состоит из пяти кинематических цепей: скоростной, делительной, вертикальной подачи, горизонтальной подачи и дифференциальной.

Рис. 366. Кинематическая схема зубофрезерного станка

Скоростная цепь связывает число оборотов главного электродвигателя с числом оборотов червячной фрезы в минуту. При помощи этой кинематической цепи устанавливается заданная скорость резания, которая считается равной окружной скорости червячной фрезы на наружном диаметре.

Уравнение кинематического баланса скоростной цепи имеет следующий общий  вид:

n_ф = n_эд ּ i₁ ּ i_ск,

где n_ф — число оборотов фрезы в минуту; n_эд — число оборотов вала главного электродвигателя в минуту; i₁ — передаточное отношение всех постоянных кинематических пар в скоростной цепи; i_ск — передаточное отношение сменных колес гитары скоростей.

Вращательное движение к фрезе поступает от электродвигателя, имеющего N = 2,8 квт и n_э ּ д = 1420 об/мин, через вал I; клиноременную передачу со шкивами диаметрами 105 и 224 мм; вал II; зубчатые колеса (всюду указывается число зубьев) 32/48; вал IV; сменные зубчатые колеса скоростной гитары с iск(другой путь — с вала IV через зубчатые колеса 35/35 на вал III, изменяющий направление вращения, и далее через сменные зубчатые колеса с i_ск на вал V; вал V; конические зубчатые колеса 24/24; вал VI; конические колеса 24/24; вал VII; конические колеса 17/17; вал VIII; зубчатые колеса 16/64; вал IX,  который является шпинделем червячной фрезы.

Подставив значения кинематических пар в уравнение баланса скоростной цепи, получим

Отсюда

i_ск = 2,9V/d_ф, где V — выбранная скорость резания в м/мин; d_ф — диаметр червячной фрезы в мм.

Зная i_ск, находим числа зубьев сменных колес гитары скоростей:

i_ск = a/b.

Делительная цепь связывает число оборотов червячной фрезы с числом оборотов заготовки колеса. За один оборот фрезы заготовка должна повернуться на k/Z оборотов, где k — число заходов фрезы, a Z — число зубьев нарезаемого колеса.

Уравнение кинематического баланса делительной цепи имеет следующий общий вид:

k/_Z = 1_об.фр. ּ i₂ ּ i_д ּ i_дел ּ i₀ ...,

где i₂ — передаточное отношение всех постоянных кинематических пар делительной цепи: iд — передаточное отношение дифференциала (для делительной цепи i_д = 1 и i_д = 1/2); i_дел — передаточное отношение сменных колес гитары делений; i₀ — передаточное отношение зубчатых колес перебора станка

Кинематическая связь между фрезой и заготовкой в делительной цепи осуществляется через вал IX, зубчатые колеса 64/16, вал VIII, конические колеса 17/17, вал VII, конические колеса 24/24, вал VI, конические колеса 24/24, вал V, зубчатые колеса 46/46, дифференциал с iд, вал X, перебор с i₀, вал XI, сменные зубчатые колеса делительной гитары с iдел, вал XII, червячную пару 1/96, которая приводит во вращение стол станка.

Подставив значения кинематических пар в уравнение баланса делительной цепи, получим:

При Z < 162 устанавливается i₀ = 1, а при Z ≥ 162 — i₀ = 1/2 при нарезании прямозубых колес устанавливается i_д = 1, а при нарезании косозубых колес — i_д = 1/2.

Отсюда

iдел = 24/i_д ּ i0 ּ k ּ Z …  .

Зная i_дел гитары подбирают сменные зубчатые колеса делительной гитары

i_дел = e/f ּo/l …  .

Цепь вертикальной подачи фрезерного суппорта связывает  вертикальное перемещение червячной фрезы с вращением заготовки. За один оборот заготовки фреза должна переместиться на величину вертикальной подачи S_в мм/об заготовки.

Уравнение кинематического баланса цепи вертикальной подачи имеет следующий общий вид:

S_в = 1_{об. заг} ּ i_з ּ i_в ּ t_x ּ в. …,

где i₃ — передаточное отношение всех постоянных кинематических пар в цепи вертикальной подачи; i_в — передаточное отношение сменных зубчатых колес гитары подач; t_x ּ в — шаг винта-вертикальной подачи ( t_x ּ в = 10).

Кинематическая связь между вращением заготовки и вертикальным перемещением фрезерного суппорта осуществляется последующей цепи: вращение стола станка, червячная пара 96/1, вал XII, червячная пара 2/24, вал XIII, сменные зубчатые колеса гитары вертикальной подачи с iв, вал XIV, кулачковая муфта, вал XV, зубчатые колеса 45/36, вал XVII, конические колеса 19/19, вал XVIII, конические колеса 16/16, вал XIX, червячная  пара 4/20, вал XX, червячная пара 5/30, однозаходный винт вертикального перемещения фрезерного суппорта с шагом t_x ּ в = 10 мм.

Подставив значение кинематических пар в уравнение баланса цепи вертикальной подачи, получим

Отсюда

i_в = 3/10 S_в …  .

Зная i_в, подбирают сменные зубчатые колеса гитары вертикальной подачи фрезерного суппорта по формуле

i_в = m/n ּ p/q.

Цепь горизонтальной подачи подвижной стойки станка, на которой смонтирован фрезерный суппорт, связывает горизонтальное перемещение фрезы с вращением заготовки. За один оборот заготовки подвижная стойка с фрезой должна переместиться на величину горизонтальной подачи (S_г мм/обзаг).

Уравнение кинематического баланса цепи горизонтальной подачи имеет следующий общий вид:

S_г = 1_{об. заг} ּ i₄ ּ i_г ּ t_х ּ в … ,

где i₄ — передаточное отношение всех постоянных кинематических пар в цепи горизонтальной подачи; i_г — передаточное отношение сменных зубчатых колес гитары подач; t_х ּ в — шаг винта горизонтальной подачи (t_х ּ в= 10).

Кинематическая связь между вращением заготовки и горизонтальным перемещением подвижной стойки станка осушествляется по следующей цепи: вращение стола станка, червячная пара 96/1, вал XII, червячная пара 2/24, вал XIII, сменные зубчатые колеса гитары горизонтальной подачи с iг, вал XIV, кулачковая муфта, вал XV, зубчатые колеса 45/36, вал XVII, конические колеса19/19, вал XVIII, конические колеса 16/16, вал XIX, червячная пара 4/20, вал XX, зубчатые колеса 10/20, вал XXI, червячная пара 4/20, вал XXII, зубчатые колеса 10/20, вал XXIII, конические колеса 20/25 на однозаходный винт горизонтального перемещения стойки с шагом tх ּ в 10 мм.Подставив значения кинематических пар в уравнение баланса цепи горизонтальной подачи, получим

Отсюда

i_г = 5/4 ּ S_г ...

Зная i_г, подбирают сменные зубчатые колеса гитары горизонтальной подачи подвижной стойки вместе с фрезерным суппортом по формуле

i_г = m/n ּ p/q ...

Дифференциальная цепь сообщает дополнительное вращение заготовке колеса и производит алгебраическое суммирование ± Δ дополнительного и основного вращательных движений, сообщаемых столу станка (заготовке).

Эта кинематическая цепь используется при нарезании колес с косыми (винтовыми) зубьями, а также при нарезании червячных колес с тангенциальной подачей. При нарезании косозубых цилиндрических колес кинематическая связь осуществляется из следующего условия: за T/t_х ּ в — оборотов винта вертикального перемещения фрезерного суппорта заготовка колеса, установленная на столе станка, должна получить один дополнительный оборот (здесь Т — шаг винтовой линии зубьев нарезаемого колеса, a t_x ּ в — шаг винта станка для вертикального перемещения фрезерного суппорта).

Геометрический смысл указанной связи иллюстрируется разверткой винтовой линии на плоскость (рис. 367), которая показывает, что при нарезании косозубого колеса направление перемещения червячной фрезы определяется как результат сложения двух перемещений: вдоль оси колеса и по линии начального цилиндра. Здесь также видно, что при осевом перемещении, равном Т, перемещение по развертке начального цилиндра равно πd. Это является наглядным доказательством сформулированного выше условия.

Рис. 367. Развертка винтовой линии.

Уравнение кинематического баланса цепи дифференциальной настройки имеет следующий общий вид:

T/t_x ּв ּ i₅ ּ i_диф ּ i_о ּ i_д ּ i_дел = дополнительному обороту заготовки.

где i₅ — передаточное отношение всех постоянных кинематических пар от винта вертикального перемещения фрезерного суппорта до вращения стола станка в цепи дифференциальной настройки; i_диф — передаточное отношение сменных зубчатых колес гитары дифференциала.

Кинематическая связь между гайкой винта вертикальной подачи и столом осуществляется по следующей цепи: от однозаходного винта с шагом tx ּв = 10, через червячную пару 30/5, вал XX, червячную пару 20/4, вал XIX, конические колеса 16/1, вал XVIII, коническую пару 19/19, зубчатые колеса 36/45, вал XV,  i_диф вал XVI, червячную пару 1/30, i_д, вал X, i_о, вал XI, i_дел, вал XII, червячную пару 1/96 на вал, вращающий стол с заготовкой.

Подставив значения кинематических пар в уравнение баланса цепи дифференциальной настройки, получим

Для цепи дифференциальной настройки значения i_д = 2, а

i_дел = 24k/ i_о ּZ.

Шаг винтовой линии зуба (Т_шаг) можно представить следующим выражением (см. рис. 367):

где t_о — окружной шаг; t_н — нормальный шаг; m_н — нормальный модуль; β — угол наклона зуба нарезаемого колеса.

Решая относительно i_диф, получим окончательный вид настроечной формулы:

i_диф = 25 sin β/πm_нk … ,где k — число заходов червячной фрезы.

Зная iдиф, подбирают сменные зубчатые колеса гитары дифференциала:

i_диф = c/d ּ h/u ...

Для ускоренных перемещений (в нерабочем состоянии) подвижной стойки и фрезерного суппорта в кинематическую схему включен особый привод от фланцевого электродвигателя N = 1 квт с n_эд = 1400 об/мин.

Ускоренное перемещение стойки  (рис. 366) осуществляется по следующей цепи: зубчатые колеса 16/42, вал XV, зубчатые колеса 45/36, конические колеса 19/19, вал XVIII, конические колеса 16/16, вал XIX, червячная пара 4/20, вал XX, зубчатая пара 10/20, вал XXI, червячная пара 4/20, вал XXII, зубчатые колеса 10/20, вал XXIII, конические колеса 20/25 и на однозаходный винт с шагом tx ּв = 10 мм.

Ускоренное перемещение фрезерного суппорта до вала XX осуществляется по той же цепи, а затем через червячную пару 5/30 на однозаходный винт с шагом tв ּ x = 10 мм.

Кинематическая схема протяжного суппорта приводится на рис. 366.

Настройка и наладка зубофрезерного станка. В понятие настройка зубофрезерного станка входит расчет передаточных отношений сменных зубчатых колес настраиваемых гитар, подбор колес и установка их на станке. В понятие наладка станка входят подготовительные работы, связанные с установкой червячной фрезы на оправке, установкой подсобранной оправки во фрезерном суппорте и выверкой ее до необходимой точности. Сюда также относится установка и очень тщательная выверка на станке приспособления или оправки для точной фиксации и крепления заготовок нарезаемых колес. И, наконец, установка подвижной стойки станка на глубину нарезания зубьев, а также автоматического выключателя подачи на нужное положение.

Зубчатые колеса до модуля 4 нарезаются за один проход, а колеса, начиная с модуля 4 и выше, нарезаются за несколько проходов. Чтобы нарезать правильную форму зубьев, поворотная часть фрезерного суппорта с установленной в нем червячной фрезой поворачивается на угол ω, при котором нитки фрезы, обращенные к заготовке, становятся параллельно зубьям колеса. При нарезании колес с прямыми зубьями ось фрезы устанавливается к торцу заготовки колеса под углом, равным углу подъема λ винтовой линии зубьев у фрезы. При нарезании колес с косыми зубьями ось фрезы устанавливается к торцу заготовки колеса под углом ω = β ± λ, где β — угол наклона винтовой линии зубьев у колеса по делительному цилиндру. При различных направлениях винтовых линий у колеса и фрезы берется знак плюс перед λ, а при одинаковых направлениях — минус.

Для нарезания червячных колес ось фрезы устанавливается в средней плоскости заготовки колеса и перпендикулярно ее оси вращения.