ЗУБОДОЛБЕЖНЫЙ СТАНОК С ЧПУ

Полезная модель относится к станкостроению, а именно к зубодолбежным станкам с ЧПУ, предназначенным для нарезания цилиндрических зубчатых колес с наружным и внутренним зацеплением методом обкатки заготовки долбяком.
Известен зубодолбежный станок с ЧПУ, содержащий станину с продольными направляющими, стол, установленную на станине стойку, суппорт со шпинделем долбяка и систему числового программного управления (ЧПУ), при этом стол содержит установленные с возможностью перемещения по продольным направляющим станины и снабженные соответствующим приводом салазки и установленный в салазках с возможностью вращения вокруг своей вертикальной оси и снабженный соответствующим приводом шпиндель стола, суппорт закреплен на стойке с возможностью его качания в вертикальной плоскости, параллельной продольным направляющим станины, и снабжен соответствующим приводом, шпиндель долбяка установлен в суппорте с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении и вращения относительно своей вертикальной оси и снабжен соответствующими приводами, входы системы ЧПУ соединены с датчиками нулевых положений и перемещений шпинделя долбяка, шпинделя стола, салазок стола и суппорта, а выходы системы ЧПУ через преобразователи соединены с приводами перемещения этих узлов [Заявка на получение патента РФ на полезную модель №2007111499, B23F 5/12, заявл. 28.03.2007] - прототип.
Однако в этом станке отсутствует устройство, которое выбирало бы зазоры в приводе вращения шпинделя долбяка.
Во время рабочего хода шпинделя долбяка на долбяк со стороны заготовки действует сила, противоположная силе резания, поэтому после выхода долбяка из зацепления с заготовкой долбяк "отскакивает" от заготовки на величину зазоров, имеющихся в передачах привода вращения шпинделя долбяка. Зазоры в передачах необходимы для их нормальной работы. Однако, чем больше эти зазоры, тем ниже точность перемещения шпинделя долбяка и, соответственно, ниже точность получаемых на станке зубчатых колес. Для повышения точности изготавливаемых зубчатых колес в приводе вращения шпинделя долбяка используют передачи повышенной точности. Так например, в зубодолбежном станке 5А140 в приводе вращения шпинделя долбяка используют червячную передачу 4 степени точности. Это позволяет получать на станке зубчатые колеса 7 степени точности. А в зубодолбежном станке повышенной точности 5А140П используют червячную передачу 3 степени точности, что позволяет получать зубчатые колеса 6 степени точности Однако изготовление особо точных червячных передач - трудоемкая и дорогостоящая операция. Поэтому применение в приводах станков таких передач приводит к увеличению стоимости станка. Но даже и применение особо точных червячных передач не устраняет полностью зазоры в передаче. А возвратно-поступательное перемещение шпинделя долбяка в вертикальном направлении в принципе невозможно без наличия зазоров между шпинделем долбяка и неподвижными деталями суппорта. При зазорах, меньших 10 мкм, шпиндель долбяка может просто заклинить. Поэтому в приводе вращения шпинделя долбяка этих станков и станка-прототипа обязательно есть зазоры. Это снижает точность получаемых на станках зубчатых колес.
Предлагаемая полезная модель направлена на снижение стоимости станка и повышение точности изготавливаемых на станке зубчатых колес.
Для решения этой задачи зубодолбежный станок, содержащий станину с продольными направляющими, стол, установленную на станине стойку, суппорт со шпинделем долбяка и систему числового программного
управления (ЧПУ), при этом стол содержит установленные с возможностью перемещения по продольным направляющим станины и снабженные соответствующим приводом салазки и установленный в салазках с возможностью вращения вокруг своей вертикальной оси и снабженный соответствующим приводом шпиндель стола, суппорт закреплен на стойке с возможностью его качания в вертикальной плоскости, параллельной продольным направляющим станины, и снабжен соответствующим приводом, шпиндель долбяка установлен в суппорте с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении и вращения относительно своей вертикальной оси и снабжен соответствующими приводами, входы системы ЧПУ соединены с датчиками нулевых положений и перемещений шпинделя долбяка, шпинделя стола, салазок стола и суппорта, а выходы системы ЧПУ через преобразователи соединены с приводами перемещения этих узлов, согласно полезной модели, снабжен дополнительным регулируемым реверсивным двигателем вращательного движения и устройством управления направлением его вращения, корпус этого двигателя закреплен на суппорте, а вал соединен со шпинделем долбяка с возможностью передачи вращения, при этом устройство управления направлением вращения этого двигателя установлено в такое положение, что во время всего цикла обработки заготовки вал этого двигателя нагружает шпиндель долбяка в том же направлении, в котором шпиндель поворачивается приводом его вращения.
Для обеспечения возможности нарезания косозубых колес станина снабжена поперечными направляющими, а стойка установлена с возможностью перемещения по поперечным направляющим станины и снабжена соответствующим механизмом.
Дополнительный регулируемый реверсивный двигатель вращательного движения может быть выполнен в виде гидромотора, а устройство управления направлением его вращения может быть выполнено в виде гидравлического распределителя с электромагнитным управлением.
Привод возвратно-поступательного перемещения шпинделя долбяка может иметь различное конструктивное исполнение. Например, он может быть выполнен в виде электродвигателя, выходной вал которого через набор зубчатых передач соединен с горизонтально расположенным приводным валом. На конце приводного вала эксцентрично к оси вала закреплен палец, а на палец надет камень, взаимодействующий со стенками горизонтального паза, выполненного во втулке, соединенной со шпинделем долбяка, при этом втулка установлена соосно со шпинделем долбяка и соединена с ним с возможностью вращения шпинделя относительно втулки и с возможностью передачи усилия от втулки шпинделю в осевом направлении. Для регулировки амплитуды колебаний шпинделя долбяка палец установлен с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно оси приводного вала и снабжен соответствующим механизмом. Привод возвратно-поступательного перемещения шпинделя долбяка может быть выполнен в виде линейного электродвигателя, неподвижная часть которого закреплена на суппорте, а подвижная часть перемещается параллельно оси шпинделя и прикреплена к втулке, соединенной со шпинделем долбяка, при этом втулка установлена соосно со шпинделем долбяка и соединена с ним с возможностью вращения шпинделя относительно втулки и с возможностью передачи усилия от втулки шпинделю в осевом направлении.
Привод качания суппорта относительно стойки также может иметь различное конструктивное исполнение. Например, он может быть выполнен в виде закрепленного на приводном валу кулачка и взаимодействующего с ним ролика, ось которого посредством эксцентрикового рычажного механизма соединена с суппортом. Этот привод может быть выполнен в виде линейного электродвигателя, неподвижная часть которого закреплена на стойке, а подвижная часть соединена с суппортом и перемещается перпендикулярно оси шпинделя.
Привод вращения шпинделя долбяка также может иметь различное конструктивное исполнение. Например, этот привод может быть выполнен в виде червячной передачи, червяк которой закреплен в суппорте и через набор зубчатых передач соединен с выходным валом электродвигателя, а червячное колесо установлено соосно со шпинделем долбяка и соединено с ним с возможностью передачи вращения от червячного колеса шпинделю и с возможностью перемещения шпинделя относительно колеса в осевом направлении. Этот привод может быть выполнен в виде тороидального электродвигателя, статор которого закреплен в суппорте, а ротор установлен соосно со шпинделем долбяка и соединен с ним с возможностью передачи вращения от ротора шпинделю и с возможностью перемещения шпинделя относительно ротора в осевом направлении.
Привод вращения шпинделя стола может иметь различное конструктивное исполнение. Например, этот привод может быть выполнен в виде червячной передачи, червяк которой закреплен в салазках стола и через набор зубчатых передач соединен с выходным валом электродвигателя, а червячное колесо соосно закреплено на шпинделе стола. Этот привод может быть выполнен в виде тороидального электродвигателя, статор которого закреплен в салазках станка, а ротор соосно закреплен на шпинделе стола.
Привод перемещения салазок стола по продольным направляющим станины также может иметь различное конструктивное исполнение. Например, этот привод может быть выполнен в виде передачи винт-гайка качения, винт которой соединен с салазками стола, а гайка качения получает вращение от электродвигателя. Этот привод может быть также выполнен в виде линейного электродвигателя, неподвижная часть которого закреплена на станине, а подвижная часть соединена с салазками стола и перемещается параллельно продольным направляющим станины.
Для повышения точности получаемых зубчатых колес путем снижения колебаний стола во время обработки заготовки стол снабжен
гидравлическими цилиндрами прижима салазок стола к продольным направляющим станины.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 изображена кинематическая схема станка, в котором привод перемещения шпинделя долбяка выполнен в виде приводного вала с эксцентриковым пальцем, приводы вращения шпинделей долбяка и стола выполнены в виде червячных передач, привод качания суппорта выполнен в виде кулачка на приводном валу и эксцентрикового рычажного механизма, а привод перемещения стола - в виде передачи винт-гайка качения; на фиг.2 -кинематическая схема станка, в котором приводы перемещения шпинделя долбяка, качания суппорта и перемещения стола выполнены в виде линейных электродвигателей, а приводы вращения шпинделя долбяка и шпинделя стола - в виде тороидальных электродвигателей; на фиг.3-суппорт станка, вид справа; на фиг.4 - узел передачи вращения от гидромотора шпинделю долбяка; на фиг.5 - разрез А-А по фиг.3; на фиг.6 - гидравлические цилиндры прижима салазок стола к продольным направляющим станины.
Станок содержит станину 1 с продольными направляющими 2, стол, установленную на станине стойку 3, суппорт 4 со шпинделем 5 долбяка и систему числового программного управления (ЧПУ).
Шпиндель долбяка установлен в суппорте с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении и вращения относительно своей вертикальной оси и снабжен соответствующими приводами. На конце шпинделя долбяка закреплен долбяк 6.
Привод возвратно-поступательного перемещения шпинделя долбяка может иметь различное конструктивное исполнение. Например, он может быть выполнен в виде электродвигателя 7, выходной вал которого через набор зубчатых передач соединен с горизонтально расположенным приводным валом 8. На конце приводного вала эксцентрично к оси вала закреплен палец 9. На палец надет камень 10, взаимодействующий со стенками горизонтального паза, выполненного во втулке 11, соединенной со
шпинделем 5 долбяка. Втулка 11 установлена с зазором и соосно со шпинделем долбяка. При помощи упорных подшипников 12 осевые усилия от втулки передаются шпинделю. Палец при помощи винта 13 может перемещаться в радиальном направлении относительно оси вращения приводного вала 8. За счет этого изменяется радиус вращения пальца и, соответственно, амплитуда колебаний шпинделя 5 долбяка. Привод возвратно-поступательного перемещения шпинделя долбяка может быть также выполнен в виде линейного электродвигателя, неподвижная часть 14 которого закреплена на суппорте, а подвижная часть 15 перемещается параллельно оси шпинделя и прикреплена к втулке 16, соединенной со шпинделем долбяка. Втулка установлена с зазором и соосно со шпинделем долбяка. При помощи упорных подшипников 17 осевые усилия от втулки 16 передаются шпинделю 5.
Привод вращения шпинделя долбяка также может иметь различное конструктивное исполнение. Например, этот привод может быть выполнен в виде червячной передачи, червяк 18 которой закреплен в суппорте и через набор зубчатых передач соединен с выходным валом электродвигателя 19, а червячное колесо 20 установлено соосно со шпинделем 5 долбяка и соединено с ним с возможностью передачи вращения от червячного колеса шпинделю и с возможностью перемещения шпинделя относительно червячного колеса в осевом направлении. Например, червячное колесо 20 соединено со шпинделем 5 долбяка посредством шлицевого соединения. Этот привод может быть также выполнен в виде тороидального электродвигателя, статор 21 которого закреплен в суппорте, а ротор 22 установлен соосно со шпинделем долбяка. Ротор закреплен на втулке 23, которая соединена со шпинделем долбяка с возможностью передачи вращения от втулки шпинделю и с возможностью перемещения шпинделя относительно втулки в осевом направлении, например, посредством шлицевого соединения.
Станок снабжен дополнительным регулируемым реверсивным двигателем вращательного движения, выполненным в виде гидромотора 24. Корпус гидромотора закреплен на суппорте. На валу гидромотора закреплен шкив 25, с которого вращение при помощи ременной передачи 26 передается на шкив 27, соединенный со шпинделем долбяка посредством шлицевого соединения. Устройство управления направлением вращения этого гидромотора выполнено в виде гидравлического распределителя 28 с электромагнитным управлением. Этот распределитель устанавливают в такое положение, чтобы гидромотор был подключен к магистрали с маслом таким образом, чтобы во время всего цикла обработки заготовки вал этого гидромотора нагружал шпиндель 5 долбяка в том же направлении, в котором шпиндель поворачивается приводом его вращения.
Для отвода долбяка от заготовки во время его холостого хода суппорт 4 закреплен на стойке 3 с возможностью его качания в вертикальной плоскости, параллельной продольным направляющим 2 станины, и снабжен соответствующим приводом. Ось качания суппорта выполнена в виде двух соосно закрепленных полуосей 29, 30, на которых подвешен суппорт. Полуоси закреплены на кронштейнах 31, 32, прикрепленных к стойке 3.
Привод качания суппорта может иметь различное конструктивное исполнение. Например, он может быть выполнен в виде закрепленного на приводном валу 8 кулачка 33 и взаимодействующего с ним ролика 34, ось которого посредством эксцентрикового рычажного механизма 35 и серьги 36 соединена с суппортом 4. При вращении приводного вала 8 кулачок 33 взаимодействует с роликом 34. Качание оси ролика через эксцентриковый рычажный механизм 35 преобразуется в качание суппорта. По окончании рабочего хода шпинделя долбяка суппорт отводится от заготовки, выводя долбяк 6 из контакта с заготовкой 37. А по окончании холостого хода суппорт вновь перемещается к заготовке.
Привод качания суппорта может быть выполнен в виде линейного электродвигателя, неподвижная часть 38 которого закреплена на стойке 3, а
подвижная часть 39 соединена с суппортом 4 и перемещается перпендикулярно оси шпинделя 5.
Для отвода долбяка от заготовки по диагонали при нарезании косозубых колес станина снабжена поперечными направляющими 40, а стойка 3 установлена с возможностью перемещения по этим направляющим. Механизм перемещения стойки выполнен в виде передачи винт-гайка качения, винт 41 которой закреплен в станине с возможностью вращения, а гайка 42 закреплена в стойке.
Стол содержит салазки 43 и шпиндель 44. Салазки 43 установлены с возможностью перемещения по продольным направляющим 2 станины и снабжены соответствующим приводом. Привод перемещения салазок стола по продольным направляющим станины может иметь различное конструктивное исполнение. Например, он может быть выполнен в виде передачи винт-гайка качения, винт 45 которой соединен с салазками стола, а гайка качения 46 получает вращение от электродвигателя 47. Этот привод может быть также выполнен в виде линейного электродвигателя, неподвижная часть 48 которого закреплена на станине, а подвижная часть 49 соединена с салазками стола и перемещается параллельно продольным направляющим станины.
Шпиндель 44 стола установлен в салазках 43 с возможностью вращения вокруг своей вертикальной оси и снабжен соответствующим приводом. Привод вращения шпинделя стола также может иметь различное конструктивное исполнение. Например, он может быть выполнен в виде червячной передачи, червяк 50 которой закреплен в салазках стола и соединен с выходным валом электродвигателя 51, а червячное колесо 52 соосно закреплено на шпинделе 44 стола. А может быть выполнен в виде тороидального электродвигателя, статор 53 которого закреплен в салазках станка, а ротор 54 соосно закреплен на шпинделе стола.
Стол снабжен гидравлическими цилиндрами прижима салазок 43 стола к продольным направляющим 2 станины. При помощи гидроцилиндра 55
салазки стола прижимаются в горизонтальном направлении, а при помощи гидроцилиндра 56 - в вертикальном направлении.
Входы системы ЧПУ соединены с датчиками нулевых положений и перемещений шпинделя долбяка, шпинделя стола, салазок стола и суппорта, а выходы системы ЧПУ через преобразователи соединены с приводами перемещения этих узлов. С помощью датчиков нулевых положений устанавливаются исходные положения этих узлов, а с помощью датчиков их перемещений отслеживаются их положения во время обработки заготовки. При использовании в приводах перемещения шпинделя долбяка, суппорта и салазок стола линейных электродвигателей датчик 57 перемещений шпинделя долбяка, датчик 58 перемещений суппорта и датчик 59 перемещений салазок стола совмещены с этими линейными электродвигателями.
Работает станок следующим образом. Подлежащая обработке заготовка 37 закрепляется на шпинделе 44 стола. Если предстоит нарезать косозубое колесо, стойка 3 при помощи винта 41 и гайки 42 смещается в поперечном направлении в ту или иную сторону - в зависимости от наклона зуба. Включается станок. Масло под давлением начинает поступать в гидромотор 24. Гидромотор через ременную передачу 26 и шкив 27 поворачивает шпиндель 5 долбяка, выбирая зазоры в шлицевом соединении червячного колеса 20 со шпинделем 5 долбяка и в соединении червяка 18 с червячным колесом 20. При этом гидравлический распределитель 28 устанавливается в такое положение, чтобы гидромотор 24 поворачивал шпиндель 5 долбяка в том же направлении, в котором шпиндель будет поворачиваться приводом его вращения в процессе обработки заготовки. Силы трения в червячной передаче не позволяют шпинделю долбяка вращаться под действием крутящего момента гидромотора. При использовании тороидального электродвигателя шпиндель долбяка удерживается от вращения ротором 22.
Включается электродвигатель перемещения стола по продольным направляющим станины. Стол с заготовкой на большой скорости перемещается к долбяку 6.
От системы ЧПУ включаются электродвигатели приводов возвратно-поступательного перемещения шпинделя долбяка и качания суппорта. При использовании в этих приводах механических передач (как на фиг.1), согласование перемещения шпинделя долбяка в осевом направлении и качания суппорта осуществляется за счет механической связи приводного вала 8, кулачка 33 и ролика 34. При использовании в этих приводах линейных электродвигателей согласованное перемещение шпинделя долбяка и суппорта достигается за счет согласованного управления этими приводами системой ЧПУ.
После того, как стол с заготовкой приблизится к долбяку, электродвигатель перемещения стола переключается на скорость рабочей подачи стола. Долбяк начинает обрабатывать заготовку, врезаясь в нее в продольном направлении. После того, как долбяк врежется в заготовку на высоту зуба, по командам от системы ЧПУ отключается электродвигатель перемещения стола и подается масло в гидроцилиндры 55, 56 прижима салазок стола к продольным направляющим станины. После этого включаются электродвигатели приводов вращения шпинделя долбяка и шпинделя стола. За счет возвратно-поступательного перемещения и вращения долбяка, качания суппорта и вращения шпинделя стола производится нарезание зубьев в заготовке.
По окончании обработки отключаются приводы возвратно-поступательного перемещения и вращения шпинделя долбяка, вращения шпинделя стола, качания суппорта. Гидроцилиндры 55, 56 освобождают салазки стола от прижима к продольным направляющим станины. Включается электродвигатель привода перемещения салазок стола и стол с обработанной деталью на большой скорости перемещается из зоны
обработки. Обработанная деталь снимается, закрепляется новая заготовка и цикл обработки повторяется.
Для равномерного износа рабочих поверхностей долбяка необходимо после обработки определенного количества деталей менять направление вращения долбяка на противоположное. При этом каждый раз гидравлический распределитель 28 также необходимо переключать в другое положение, чтобы гидромотор 24 всегда нагружал шпиндель долбяка в том же направлении, в котором шпиндель поворачивается приводом его вращения во время обработки заготовки.
Выборка зазоров в приводе вращения шпинделя долбяка при помощи гидромотора, а также согласованное вращение долбяка и заготовки с высокой точностью за счет управления приводами их вращения с помощью системы ЧПУ позволяет достигать на станке высокую точность обработки. Даже при использовании в приводе вращения шпинделя долбяка червячной передачи 5 или 6 степени точности на станке можно изготавливать зубчатые колеса 4 и 5 степени точности. Это одновременно и снижает стоимость станка и повышает его потребительские качества. Данные технические решения использованы в зубодолбежном станке с ЧПУ модели 5А140МФ5 производства Рязанского станкостроительного завода.