3. Анализ (изучение) кинематики металлорежущих станков
3.1. Станки для обработки цилиндрических зубчатых колес
Метод формообразования поверхности зубьев зависит от формы вспомогательного элемента (характеристического образа) инструмента, метода воспроизведения образующей и направляющей и от их сочетания.
Поверхность зубьев в соответствии со стандартом характеризуется профилем зубьев и линией зуба по длине. В большинстве случаев профиль зуба – эвольвента, а линия зуба – прямая линия, винтовая линия, дуга окружности. Как правило, профиль зуба получают или копированием, или обкатом. При использовании метода копирования применяют инструмент, режущие кромки которого имеют очертание, соответствующее контуру впадины нарезаемых зубьев. В качестве инструмента применяют модульные фрезы (дисковые и пальцевые), фасонные резцы, фасонные шлифовальные круги.
При использовании метода обката режущие кромки инструмента профилируются по профилю зуба такой детали, которая может находиться в зацеплении с нарезаемым колесом. Такой деталью может быть зубчатое колесо, червяк, зубчатая рейка. Профиль зуба образуется в этом случае за счет сложного относительного движения инструмента и заготовки – движения обката, воспроизводящего зубчатое, реечное или червячное зацепление. Инструмент по форме может соответствовать реальному зубчатому колесу, рейке, червяку или представлять собой только один зуб или впадину воображаемого производящего колеса.
Линию зуба по длине на зуборезных станках получают или методом касания, или методом следа. Метод касания обеспечивается фрезерованием и шлифованием, а метод следа – долблением и протягиванием. При холодной и горячей накатке зубьев (обработка поверхностным пластическим деформированием) используют метод копирования. Однако обработка зубчатых колес пластическим деформированием менее распространена, чем обработка резанием. Сочетание метода образования профиля зубьев копированием с методами образования линии зуба касанием или следом реализовано в фасонном фрезеровании, фасонном шлифовании, фасонном долблении и фасонном протягивании.
3.1.1. Фасонное зубофрезерование зубчатых колес
На рис. 3.1 представлены схемы способов фасонного зубофрезерования. При фрезеровании впадин фрезе сообщают движение скорости резания Фv(В1) и движение подачи Фs(П2). Обратный отвод фрезы в исходное положение производят на ускоренном ходу. Затем движением деления Д(В3) заготовку поворачивают на угловой шаг зубьев.
Дисковые модульные фрезы используют для нарезания цилиндрических и прямозубых конических колес, а пальцевые – для нарезания цилиндрических и шевронных колес.
Основное достоинство рассматриваемых схем - простота кинематики станков из-за отсутствия в их структуре сложных групп формообразования профиля зубьев.
а б
Рис. 3.1. Формообразование зубьев цилиндрических колес модульными фрезами:
а – фасонной дисковой; б – фасонной пальцевой
Недостаток – потребность в большом количестве фрез одинакового модуля из-за изменения профиля впадины для разного числа зубьев нарезаемых колес. Частично этот недостаток компенсируется посредством использования различных комплектов фрез. Для каждого модуля эти комплекты насчитывают 8, 15 и 26 фрез.
Фасонное зубофрезерование модульными фрезами является неточным и мало призводительным. Погрешность профиля фрезы полностью копируется деталью. Угловой шаг и форма впадины между зубьями зависят от диаметра колеса и точности делительных устройств. Низкая производительность вызывается прерывистым характером обработки. Поэтому рассматриваемые схемы используют в еденичном и ремонтном производствах. Процесс зубонарезания осуществляют на горизонтальных или вертикальных фрезерных станках с использованием делительных головок. Делительная головка, установленная на фрезерном станке, выполняет функцию группы деления. Делительные головки бывают простые и универсальные, лимбовые и безлимбовые. В простых делительных головках шпиндель расположен горизонтально, в универсальных – шпиндель помещен в поворотный корпус и может располагаться под углом. Универсальные делительные головки (УДГ) могут быть использованы для простого и дифференциального деления. Основным техническим параметром УДГ является характеристика, определяемая числом оборотов N рукоятки управления, необходимым для одного полного оборота ее шпинделя. Обычно характеристика УДГ, в зависимости от конструкции, равна передаточному отношению делительной червячной передачи: 40, 60, 80 или 120.
На рис 3.2. приведена схема лимбовой УДГ. Периодический поворот шпинделя 1 осуществляется при вращении рукоятки 3 через червячную передачу z1/z2, расположенную в корпусе 2. Рукоятку поворачивают на требуемый угол относительно лимба 4, который имеет фиксирующие отверстия, равно
мерно расположенные на концентрических окружностях. Фиксатор рукоятки можно вставлять в любое из этих отверстий. Лимб УДГ имеет различное число отверстий а на делительных окружностях с обеих сторон: первая сторона – 24, 25, 28, 30, 34, 37, 38, 39, 41, 42, 43; вторая сторона – 46, 47, 49, 51, 53, 54, 57, 58, 59, 62, 66 и комплект сменных зубчатых колес с числами зубьев: 25 (2), 30, 35, 40, 50, 55, 60, 70, 80, 90, 100.
Простое деление используется тогда, когда можно подобрать на лимбе окружность с нужным числом отверстий. Это деление осуществляют при зафиксированном лимбе 4 и снятой гитаре iд.Простое деление осуществляют поворотом рукоятки на б отверстий относительно лимба, на окружности которого расположено, а отверстий, т.е. рукоятку поворачивают на угол б/а. Если б < а, поворот рукоятки составляет меньше 360о; если б = а, то 360о (один оборот); если б > а, то больше 360о.
Для расчетной цепи деления, совпадающей с внешней связью кинематической группы деления, РП имеют вид
п оборотов рукоятки → 1/z поворота шпинделя.
УКЦ:
1/z = n ∙ 1/N.
Следовательно, ФН:
n = N/z.
Выделим из ФН целое число оборотов А. Тогда,
.
В полученном выражении m подбирают таким, чтобы am соответствовало числу отверстий на одной из окружностей лимба. Тогда, при делении рукоятку УДГ поворачивают на А (целое число) раз и дополнительно на часть оборота, соответствующую бm отверстий на окружности аm лимба. При отсчете числа б отверстий на лимбе используют раздвижной сектор (см. рис. 3.1,б), состоящий из двух радиальных раздвижных линеек.
Дифференциальное деление применяют тогда, когда не удается разделить число зубьев заготовки простым делением. В этом случае необходимо лимб головки расфиксировать и подобрать, кроме угла поворота рукоятки б/а, еще и сменные зубчатые колеса для гитары iд. Тогда при повороте рукоятки относительно лимба на угол б/а через гитару iд и конические колеса z3/z4 = 1 лимб при делении будет поворачиваться, а вместе с ним и фиксирующее гнездо, в которое необходимо вставить фиксатор рукоятки. При расчете настройки задают zф, близкое к z, для которого можно подобрать на лимбе окружность с требуемым количеством отверстий. Пользуясь ФН для простого деления, определяют
по которому устанавливают угол поворота рукоятки. В итоге при каждом делении возникает ошибка
∆ = ± (N/z – N/zф) = ± N (zф - z) / zф ∙ z,
которую необходимо компенсировать дополнительным поворотом лимба в зависимости от знака ошибки. Компенсация обеспечивается соответствующим подбором сменных зубчатых колес для гитары iд. РП для расчетной цепи, соединяющей шпиндель 1 с лимбом 4, имеют вид