ЗУБОФРЕЗЕРНЫЙ СТАНОК

Предлагаемая полезная модель относится к станкостроению, преимущественно к станкам для изготовления зубчатых колес методом фрезерования с применением режущего инструмента с рабочим профилем, соответствующим профилю зуба колеса, а также прямых и криволинейных зубьев путем перемещения инструмента относительно заготовки колеса с обкатывающим или огибающим движением по отношению к обрабатываемым зубьям.
В машиностроении зубчатые колеса имеют широкое применение ввиду высокой надежности передачи ими движения в разнообразных механизмах с различной мощностью привода, являются сложными и точными деталями, требующими для своего изготовления специализированные станки со сложной кинематикой, наладкой и требующие для своего обслуживания персонал высокой квалификации.
Современное производство, в частности, станкостроение обладает достаточно современными специализированными станками для изготовления зубчатых колес различного назначения, применяемых в машино- и станкостроении, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности [1].
Процесс изготовления зубчатых колес технологически сложен, кроме собственно фрезерования зубьев включают токарную обработку поковки заготовки колеса, шлифование отфрезерованной детали, ее закалку, нормализацию и др., повышающие качество изготавливаемого колеса.
При нарезании зубчатых колес методом обкатки профиль режущих зубьев инструмента не совпадает с профилем нарезаемых зубьев колеса, а получается путем обкатки профилем зубьев инструмента в процессе зацепления их с нарезаемыми зубьями, что позволяет получить более точный профиль зуба, причем одним инструментом можно нарезать неограниченное количество колес с одинаковым модулем до 8 степени точности.
Основное технологическое время при изготовлении зубчатых колес различного назначения и формы зубьев занимает обработка заготовок на специальных зубофрезерных станках и включает кроме собственно фрезерования время наладки станка (установка, выверка и крепление обрабатываемой детали, оправок, подставок, приспособлений, установку обрабатывающего инструмента на заданную глубину фрезерования) и время настройки станка (установка суппортов, копиров, ползунов, ограничителей, кулачков, настройка гитар главного и вспомогательных движений обрабатывающего инструмента и детали).
В мировом станкостроении известны зубофрезерные станки, работающие по методу обкатки [2], например станок типа OFP20 производства Чехии. Это жесткий вертикальный полуавтоматический быстроходный зубофрезерный станок с автоматическим рабочим циклом на электрогидравлическом принципе. Станок предназначен для фрезерования червячными фрезами всех видов зубчатых колес с модулем до 5, наибольшим диаметром нарезаемого колеса до 200 мм. и диаметром фрезы до 134 мм. при частоте вращения 400 об/мин. Для периодического перемещения суппорта в осевом направлении фрезы в конце каждого цикла нарезания, а также для включения бесступенчатых подач станок оборудован гидравлическими двигателями с автоматическими элементами управления, при этом переналадка настроек станка на другие параметры обработки производится соответствующими сменными зубчатыми передачами (гитарами).
В отечественном станкостроении известны станки для изготовления зубчатых колес [3], позволяющие обрабатывать заготовку колеса с использованием 6 управляемых координат перемещения обрабатывающего инструмента:
- координата «А» - поворот суппорта;
- координата «В» - привод обрабатывающего инструмента;
- координата «С» - привод вращения стола с закрепленной заготовкой;
- координата «X» - привод поступательного перемещения стола с заготовкой;
- координата «Y» - привод смещения обрабатывающего инструмента относительно обрабатываемой детали;
- координата «Z» - привод перемещения каретки с суппортом.
Универсальный полуавтоматический станок модели 53А50 [4] выпускаемый Егорьевским станкостроительным заводом и принятым за прототип, относится к вертикальным зубофрезерным станкам, предназначенным для изготовления в условиях мелкосерийного и серийного производства методом обкатки цилиндрических и червячных колес диаметром до 500 мм., с модулем зуба до 8, с шириной венца до 350 мм., использующем в качестве обрабатывающего инструмента червячные фрезы диаметром до 225 мм. и частотой вращения инструмента 40-405 об./мин.
В известном станке поворот суппорта (координата «А») производится оператором вручную через механическую передачу, а значения координат В, С, X, Y, Z настраиваются набором зубчатых колес соответствующих механизмов гитар.
Станок содержит станину, в которой размещены гидропривод, привод смазки, транспортер стружки, резервуары гидросистемы и системы охлаждения. Станина снабжена горизонтальными направляющими. На левой части станины установлена стойка с встроенными в нее механизмами гитар деления и дифференциала, снабженная вертикальными призматическими направляющими, на которых размещена с возможностью перемещения каретка с фрезерным суппортом. На передней стенке стойки закреплена коробка распределения движения и пульт управления. В нижней левой части станины размещена коробка скоростей с соответствующей гитарой. На направляющих станины размещен с возможностью перемещения стол, на корпусе которого закреплена снабженная контрподержкой задняя стойка. Обрабатываемая заготовка размещается на столе и закрепляется контрподержкой задней стойки. Смазка механизмов станка производится при помощи многоточечного ручного насоса.
Кинематические цепи известного станка имеют следующее назначение:
- цепь главного движения связывает главный электродвигатель с вращением обрабатывающего инструмента;
- цепь деления через гитару связывает вращение инструмента с вращением заготовки, при этом за один оборот однозаходной червячной фрезы стол с
заготовкой зубчатого колеса поворачивается на угол, соответствующий одному зубу колеса;
- цепь дифференциала предназначена для обработки косозубых колес, при этом заготовка через настраиваемую гитару получает дополнительное вращение с учетом угла наклона зуба колеса;
- цепь подачи связывает перемещение инструмента от ходового винта продольной или радиальной подачи с вращением заготовки, при этом величина перемещения обрабатывающего инструмента рассчитывается в миллиметрах на один оборот стола. Наладка величины перемещения осуществляется сменными колесами гитары, при этом при одной установке сменных колес гитары подач вследствие различного сочетания передач коробки распределения движения можно получить 4 различных величины продольной или радиальной подачи. Управление движением рабочих органов станка производится оператором с централизованного пульта управления, на котором размещены все коммутационные элементы.
Из вышеизложенного видно, что известный станок имеет сложную кинематическую схему из-за наличия большого числа зубчатых зацеплений, от технического состояния которых напрямую зависит точность задаваемых перемещений обрабатываемой детали и обрабатывающего инструмента, станина и суппортная стока снабжены направляющими скольжения, что требует для их перемещения стойки и каретки приводов повышенной мощности и влияет на точность обработки заготовки, трудоемок в проведении подготовительных и наладочных операций, что снижает его производительность, экономичность, надежность и межремонтный технологический ресурс. Кроме того, для обслуживание станка требуется оператор высокой квалификации.
Целью предлагаемой полезной модели является устранение вышеперечисленных недостатков.
Поставленная цель достигается тем, что в известном зубофрезерном станке, содержащем станину с горизонтальными направляющими, суппортную стойку с вертикальными направляющими и размещенной на них кареткой с фрезерным
суппортом, стол с закрепленной на нем и снабженной контрподержкой задней стойкой, средства привода перемещения каретки, поворота фрезерного суппорта, вращения и смещения оси обрабатывающего инструмента относительно заготовки обрабатываемой детали, вращения стола, средства управления приводами, системы смазки и охлаждения, в нем задняя стойка выполнена неподвижной, суппортная стойка снабжена направляющими качения и установлена на направляющих качения станины с возможностью перемещения вдоль продольной оси станка, снабжена индивидуальным приводом и датчиком продольного перемещения, средства управления приводами выполнены в виде системы числового программного управления (ЧПУ), привод поворота стола выполнен в виде кругового встраиваемого электродвигателя, а каретка, фрезерный суппорт, приводы обрабатывающего инструмента, смещения его оси относительно заготовки и привод поворота стола снабжены датчиками положения и состояния, причем выходы всех датчиков соединены с входом системы ЧПУ, а ее выход через силовые преобразователи соединен с входами схем управления приводами.
Предлагаемая полезная модель представлена на чертежах, где:
- на Фиг.1 показан вид на станок спереди;
- на Фиг.2 показан вид на станок сверху;
- на Фиг.3 показан вид на станок справа;
- на Фиг.4 общий вид станка в аксонометрической проекции.
Станок содержит станину 1 с направляющими качения 2, переднюю (суппортную) стойку 3 с направляющими качения 4, кареткой 5 с суппортом 6. Передняя стойка 3 снабжена приводом 7 и датчиком перемещения 8. Каретка 5 снабжена приводом 9 с датчиком положения 10. Суппорт 6 снабжен ползушкой 11, на которой установлены элементы 12 закрепления обрабатывающего инструмента 13, привод 14 вращения инструмента 15 с датчиком 16. Стол 17 с закрепляемой на нем заготовкой 18 и круговым встроенным электродвигателем 19 и датчиком состояния (на чертежах не показан) закреплен на станине 1. Справа на станине 1 закреплена неподвижно правая стойка 20 с направляющими скольжения 21, на которых с возможностью перемещения перпендикулярно
относительно продольной оси станка установлена контрподдержка 22, снабженная кареткой 23, гидроцилиндром прижима 24 и гидроцилиндром перемещения 25. Станок приемником стружки 26, транспортером стружки 27, гидростанцией и системой охлаждения 28. Пульт управления станком на чертежах не показан.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
Заготовка обрабатываемого зубчатого колеса устанавливается и закрепляется на столе 17 с помощью контрподдержки 22 и в систему ЧПУ вводятся параметры обрабатываемого колеса, затем оператор с пульта управления включает системы смазки и охлаждения, перемещает переднюю (суппортную) стойку до контакта с заготовкой 18 и включает систему ЧПУ на выполнение установленной программы. При этом включаются приводы вращения инструмента 15, поворота суппорта 6, перемещения ползушки 12, каретки 5 и двигателя 19 стола 17. При этом производится черновая (предварительная) обработка заготовки. После уточнения устанавливаемых параметров в систему ЧПУ вводятся необходимые поправки и станок переводится полностью на работу по программе.
При окончании обработки заготовки сигнал от датчика перемещения 8 поступает на ЧПУ и суппортная стойка 3 перемещается влево, суппорт 6 поворачивается в исходное положение, двигатель 19 стола 17 отключается, производится смена заготовки и станок может быть включен сразу в автоматический режим для обработки следующей заготовки.
Предлагаемая конструкция зубофрезерного станка позволяет исключить передачи в виде зубчатых зацеплений, особенно в приводе стола, значительно повысить точность за счет введения в конструкцию направляющих качения станины и суппортной стойки, встраиваемого кругового электродвигателя стола и датчиков положения и состояния основных рабочих элементов станка, связанных с системой ЧПУ, выход которой через силовые преобразователи непосредственно связан с исполнительными двигателями.
Предлагаемые технические решения реализованы в разработанном на ОАО «РСЗ» зубофрезерном полуавтомате модели 53Р32Ф6.
Библиографические ссылки:
1. Г.Г.Овумян, Я.И.Адам «Справочник зубореза», изд-во «Машиностроение», М., 1983 г., стр.39-42.
2. Мойсеенко О.И., Захаренко И.П. и др. «Скоростное зубофрезерование», изд-во «Технiка», Киев, стр.159-163.
3. Н.С.Ачеркан, А.А, Гаврюшин и др., «Металлорежущие станки», том 1, изд-е 2-е, М., «Машиностроение», 1965 г., стр.264-270.
4. Ф.А.Барабашов, Б.Н.Сильвестров, «Фрезерные и зуборезные работы», М., «Высшая школа», 1983 г., стр.194-207.