11.4. Станки для обработки конических колес с прямым зубом

Конические колеса служат для передачи вращения между валами и пересекающимися осями. Их называют угловыми передачами. В наиболее распространенном частном случае, когда угол между осями валов равен 90°, передача называется ортогональной.

Нарезание конических колес можно производить фасонным инструментом методом копирования, остроконечным резцом по шаблону и инструментом с прямолинейными режущими кромками методом обкатки. Первые два метода низкопроизводительны и не обеспечивают необходимой точности нарезания колес. Наиболее точным и производительным является метод обката.

Для нарезания прямых зубьев конических колес используются зубострогальные станки. Принцип образования зубьев при нарезании конических зубчатых колес на зубострогальных станках заключается в следующем: прямолинейные образующие зуба колеса 1 (см. рис. 11.10, а) получаются благодаря главному движению – возвратно-поступательному перемещению пары резцов. Форма зуба в поперечном сечении образуется на одних станках по методу копирования формы шаблонов, на других – по методу обката.

Рис. 11.10. Нарезание зубчатых колес на зубострогальном станке:

а – рабочая зона зубострогального станка; б – схема обкатки заготовки конического колеса с плоским производящим колесом

При нарезании конических колес методом обката на станке воспроизводится зацепление нарезаемого конического колеса с воображаемым производящим колесом. Можно мысленно представить, что заготовка 1 (см. рис. 11.10, б) взаимодействует с плоским производящим колесом 2. У этого теоретического колеса угол начального конуса равен 90°. Оно является предельной разновидностью конического колеса, подобно тому, как форма рейки является предельной для формы цилиндрического зубчатого колеса при радиусе R→∞. Плоское колесо – это кольцевая рейка. При вращении заготовка может перекатываться по неподвижному плоскому колесу; тогда ее ось должна вращаться в пространстве вокруг оси плоского колеса. В реальных конструкциях станков реализована идея, заключающаяся в том, что при вращении заготовки согласованно с ней поворачивается плоское колесо, а оси остаются неподвижными.

На станках плоского колеса нет, но существует узел – люлька, ось поворота которой является осью плоского колеса. На люльке расположены суппорты с резцами. Прямолинейные режущие кромки резцов являются линиями профиля зуба плоского колеса. При поступательном движении кромки описывают в пространстве плоскости – боковые поверхности зубьев плоского колеса. Вращение заготовки и поворот люльки составляют сложное формообразующее движение обката, в результате которого формируется эвольвентный профиль зуба заготовки в поперечном сечении.

Для наладки зубострогальных станков необходимо знать число зубьев производящего колеса z_пр, которое подсчитывают следующим образом. Известно, что у двух конических колес, находящихся в зацеплении, число зубьев прямо пропорционально синусам половины углов начальных конусов, т. е.

,

откуда .

Так как угол γ (угол ножки зуба) мал, то cosγ = 1.

Поэтому можно принять

,

где z – число зубьев нарезаемого колеса;

 – половина угла начального конуса нарезаемого колеса.

Зубострогальный полуавтомат 5236П (см. рис. 11.11). Наибольший диаметр нарезаемого колеса – 125 мм, модуль обрабатываемого колеса – 0,52,5 мм.

Станок работает по методу обката.

На станине 8 (см. рис. 11.11) слева закреплена передняя бабка, внутри которой находится люлька 2 в виде барабана с опорами качения по наружному диаметру. На торце люльки расположены направляющие скольжения для двух суппортов 3, несущих резцы 4. Бабку изделия 6 со шпинделем и насаженной на него заготовкой 5 разворачивают вокруг вертикальной оси относительно стола 7, чтобы обеспечить определенный угол между осями заготовки и люльки (плоского колеса).

Цикл обработки одного зуба состоит из следующих движений: подвод стола с заготовкой к резцам; рабочий ход люльки, которая поворачивается медленно и согласованно с заготовкой (обкат); быстрый отвод стола; реверсирование люльки – ускоренный вспомогательный ход ее (возврат в исходное положение) при неизменном вращении заготовки (движение деления). Далее следует повторение цикла для обработки другого зуба. Счетчик циклов выключает станок после обработки всех зубьев.

.

1

2

3

4

5

6

7

8

Рис. 11.11. Зубострогальный полуавтомат 5236П

Инструменту И (резцам) (см. рис. 11.12) сообщает главное движение от асинхронного электродвигателя М1 через ременную передачу и систему зубчатых передач, центральный вал IV люльки Л. Кривошипно-шатунный механизм КМ преобразует вращение в возвратно-качательное движение рычага Р1 вокруг оси V. Следующие затем кулисные механизмы создают возвратно-поступательное движение ползунов П1 и П2 с резцами.

Рис.11.12. Кинематическая схема зубострогального полуавтомата 5236П

Уравнение кинематического баланса цепи главного движения –

дв. ход/мин.

Отсюда формула настройки имеет вид

.

Для этой гитары предусмотрены сменные колеса со следующим числом зубьев: 31, 36, 41, 47, 53, 59, 64, 69. Условие сцепляемости: a + b = 100.

В данном станке нет специального механизма, сообщающего заготовке отдельное движение деления. Шпиндель непрерывно вращается с постоянной для данной наладки угловой скоростью. Переход к следующему зубу происходит путем поворота шпинделя на некоторый угол, пока люлька возвращается в исходное положение. При черновой обработке следующий зуб – соседний, т. е. число зубьев, на которое заготовка должна повернуться для деления z_i = 1. При этом угол обката, выражаемый через угол  качания люльки, мал и недостаточен для полного профилирования нарезаемого зуба.

Для увеличения угла качания люльки при чистовой обработке переходят к очередному зубу, пропуская несколько зубьев, причем z_i  не должно иметь общих множителей с числом зубьев z нарезаемого колеса. В противном случае после некоторого числа делений резцы повторно будут попадать в уже обработанные впадины, а часть зубьев останется необработанными. Например, при z = 24 и z_i = 4 будут обработаны лишь зубья с порядковыми номерами 1 – 5 – 9 – 13 – 17 – 21.

За время цикла обработки, при котором обрабатывается очередной зуб, заготовка 3 повернется на часть оборота, равную , а распределительный вал XXIV – на один оборот. Исходя из этих расчетных перемещений настраивают цепь, включающую валы XXIV, XXIII, VIII, IX, X, XVII, …, XXII.

Уравнение кинематического баланса цепи деления

об. заготовки.

Отсюда формула настройки гитары деления

.

Цепь согласования движений заготовки 3 и люльки Л называют цепью обката. В нее входят: шпиндель заготовки XXII, червячная пара , гитара деления, конические зубчатые передачи (последнее из колес – на валу X – показано также на развертке по валам), цилиндрические зубчатые колеса 61–62–61, ведущее колесо 20 реверсирующего механизма (на валу XII) наружный зубчатый венец 120 составного колеса, зубчатое колесо 24 на валу XIV, сменные колеса гитары обката g, h, k, ℓ, червячная передача , люлька Л.

При повороте производящего колеса z_пр на один зуб обрабатываемое колесо z  также должно повернуться на 1 зуб, что отражается следующими расчетными перемещениями

.

Уравнение кинематического баланса имеет вид

.

С учетом формулы настройки гитары деления и выражения получается формула настройки гитары обката

.

Выбор z_i  связан с углом поворота люльки  при обкате. Этот угол соответствует рабочей частоте цикла, на которую отводится 160° поворота распределительного вала. Из расчетных перемещений 160° поворота распределительного вала – ° поворота люльки вытекает уравнение кинематического баланса

.

Отсюда найдем выражение для передаточного отношения гитары сменных колес и приравняем его к полученному выше

,

откуда

Угол q при обработке меньшего колеса конической передачи зависит от передаточного отношения i пары нарезаемых (сопряженных) колес:

i	…	1:1	1:2	1:3	1:4	1:5	1:6
	…	70	60	40	30	24	12

При обработке бóльшего колеса q =70°.

Скорость движения обката регулируют бесступенчато электродвигателем М2, исходя из времени рабочей части цикла. Для наладки необходимого времени цикла вращают рукоятку потенциометра до тех пор, пока тахометр не покажет частоту вращения, соответствующую заданному рабочему времени t_р в карте наладки. Таблица соответствия частоты вращения электродвигателя подачи (n_мин^–1) рабочему времени цикла t_р приведена в паспорте станка.

Управление необходимыми переключениями в течение цикла осуществляется распределительным валом (см. рис. 11.12), который за цикл совершает один оборот. Конструктивно он выполнен из двух частей (валы XXIV и XXV), соединенных между собой кинематической цепью с передаточным отношением 1:1, и включает: вал XXIV, червячную передачу , вал XXV. Кулачки К₂ и К₃ управляют движением стола, К₄ воздействует на микропереключатель счетчика циклов (числа нарезанных зубьев) для остановки полуавтомата после обработки всех зубьев и К₅ переключает электродвигатель постоянного тока М2 с рабочей на ускоренную частоту вращения. Кулачок К₁ расположенный на валу XXV, управляет реверсом.

Реверсирующий механизм (см. рис. 11.13) по окончании движения обката возвращает люльку в исходное положение. В основе конструкции механизма – составное колесо, имеющее наружный (z = 120) и внутренний (z = 80) зубчатые венцы, представляющие собой зубчатое колесо. На половине его ширины в пределах четверти окружности выполнен вырез и добавлены зубчатые полукольца 20(10), сопрягающие наружный и внутренний венцы. В результате образовывался подковообразный участок. Вал XII колеса 20 закреплен в рычаге Р2, который может поворачиваться вокруг оси XI и смещаться вдоль нее кулачком К₁.

Рис. 11.13. Реверсирующий механизм с составным зубчатым колесом

Ведущее колесо 20 механизма имеет постоянное направление вращения и во время рабочего хода люльки зацепляется с кольцевым участком наружного венца составного колеса (последнее при этом совершает пять оборотов). Затем ведущее колесо переключается на внутренний венец. Для этого оно перемещается кулачком К₁ вдоль зубьев составного колеса, переходя на подковообразный участок. Наружный венец переходит в полукольцо 20(10), обкатываясь по которому, ведущее колесо оказывается на внутреннем венце подковы, при этом рычаг Р2 поворачивается, переводя вал XII из положения XIIа в положение XIIв. Кулачком К₁ колесо 20 возвращается на кольцевой участок составного колеса, сохраняя внутреннее зацепление.

Замена внешнего зацепления внутренним приводит к реверсированию ведомого звена – составного колеса – и всех последующих звеньев, включая люльку. При этом скорости поворота люльки на обратном ходу становятся больше из-за меньшего диаметра внутреннего венца. За время обратного хода составное колесо поворачивается также на пять оборотов. Далее ведущее колесо возвращается к наружному венцу, для чего осевым движением оно сдвигается на подковообразный участок, снова обкатывается по полуколесу и возвращается на кольцевой участок.