7.3 Зубодолбежные станки

Обработка зубчатых колес на зубодолбежных станках

Зубодолбежные станки предназначены для нарезания цилиндрических зубчатых колес, наружного и внутреннего зацепления с прямыми и косыми (винтовыми) зубьями, зубчатых муфт, реек и т.д. Производительность зубодолбежных станков ниже, чем зубофрезерных, однако они незаменимы при нарезании колес внутреннего зацепления практически любого диаметра, а также зубчатых блоков, в которых расстояние между венцами недостаточна для выхода фрезы.

Зубодолбление по методу обката воспроизводит зацепление пары цилиндрических колес с параллельными осями, одним из которых является инструмент- долбяк. Поэтому таким способом могут быть обработаны любые детали, входящие в зацепление с сопряженным зубчатым колесом (прямозубые, косозубые и шевронные колеса, зубчатые рейки и секторы, некруглые колеса и блоки колес). Долбяк представляет собой прямозубое или косозубое колесо, боковые поверхности которого затылованы для получения заднего угла, то есть изготовлен в виде режущих элементов. Долбяк и заготовка при зубонарезании обкатываются по начальным окружностям без проскальзывания.

Наибольшее распространение получили вертикальные зубодолбежные станки. Кинематическая структура такого станка показана на рис.152.

Главное движение при зубодолблении осуществляется осевым возвратно-поступательным перемещением долбяка 2, которое происходит от электродвигателя M1. Скорость резания настраивается при помощи органа настройки i_v и (или) M1 и может достигать 100 м/мин и более. Перемещение долбяка производится с помощью кривошипного (кривошипно-шатунного или кривошипно-кулисного) механизма 4, с которым непосредственно или через промежуточные передачи связывается шпиндель. Недостатком этих механизмов является непостоянство скорости резания по длине заготовки при обработке каждого зуба. Во время обратного хода шпинделя для избежания трения задней грани инструмента о заготовку 1 и защемления долбяка его отводят от изделия на 0,2-0,8 мм механизмами "отскока". В большинстве зубодолбежных станков отскок осуществляется поворотом шпинделя с долбежной головкой вокруг оси, перпендикулярной направлению главного движения. Подвод шпинделя (или стола) при резании может осуществляться кулачком 5.

Движение обката при зубодолблении осуществляется согласованным вращением долбяка и заготовки и настраивается гитарой обката (деления) i_обк. Расчетное перемещение цепи обката имеет вид:

где z и z_д- число зубьев соответственно нарезаемого колеса и долбяка.

При обработке косозубых колес кроме движения обката и возвратно-поступательного движения инструмента долбяку сообщается дополнительный поворот (винтовое движение) с помощью винтовых направляющих (рис.153).

Неподвижный копир 1 связан с червячным колесом 3, а подвижный 2 - закреплен на шпинделе и совершает возвратно-поступательное движение, скользя при этом по неподвижному копиру. Копиры - сменные. При наладке на обработку прямозубого колеса устанавливают прямолинейные копиры.

Для каждого значения величины хода винтовой линии зуба требуется свой копир. Так как долбяк и винтовая направляющая имеют одинаковые шаги, то с помощью одной винтовой направляющей можно обрабатывать колеса с различным углом наклона, применяя для этой цели долбяки различного диаметра. Угол наклона винтовой направляющей

где Р_н – высота подъема (шаг) винтовой направляющей, и не превышает 45° из-за возникающих усилий.

При обработке колес с внутренним зубом нарезаемое колесо и долбяк имеют одинаковое направление винтовой линии, при обработке колес с наружным зубом - разное. Точность работы зубодолбежного станка в значительной степени зависит от точности перемещения шпинделя.

Частота вращения долбяка определяет круговую подачу, которая может осуществляться от отдельного электродвигателя М2 переменного (или постоянного) тока (рис.152) через цепь подач с органом настройки i_s (или без него) и исчисляется в миллиметрах перемещения S по диаметру делительной окружности долбяка за один его двойной ход. Настройка на скорость движения подачи (взаимного обката долбяка и заготовки) должна обеспечить следующее условие согласования перемещения долбяка с его поворотом

Кроме указанных движений в начале процесса обработки выполняют радиальное перемещение стола с заготовкой (или стойкой с инструментом) для достижения требуемой глубины врезания (высоты зуба). Движение врезания может осуществляться от гидроцилиндра с бесступенчатым изменением скорости, от общего или отдельного электродвигателя МЗ с соответствующим органом настройки.

Зубодолбежный станок модели 514

Станок предназначен для нарезания цилиндрических колес с прямыми и косыми зубьями как наружного, так и внутреннего зацепления в условиях индивидуального и главным образом серийного производства. Станок приспособлен для нарезания блоков шестерен. При наличии дополнительных приспособлений на станке можно также нарезать рейки. Станок может быть использован для чернового и чистового нарезания зубьев. Общий вид станка представлен на рис.154.

Движения в станке. Движение резания - прямолинейное возвратно-поступательное движение шпинделя с долбяком. Движения подач — вращение долбяка относительно своей оси (круговая подача) и радиальное перемещение шпиндельной головки в период врезания (радиальная подача).

Движением деления и обкатки является согласованное движение стола с заготовкой. Вспомогательные движения- отвод стола с заготовкой от долбяка в момент его обратного хода и быстрое установочное вращение стола с заготовкой. К вспомогательным движениям следует отнести также движение счетного механизма для автоматического выключения станка.

Станок работает по методу обкатки, воспроизводя зацепление двух цилиндрических колес, одно из которых является режущим инструментом (долбяком), а второе заготовкой. Долбяк закрепляется на конец шпинделя и получает прямолинейное возвратно-поступательное движение. При движении вниз долбяк совершает рабочий ход, снимая стружку с заготовки. Обратный ход долбяка является холостым; в это время стол с заготовкой отводится на небольшое расстояние от долбяка. К моменту начала рабочего хода стол возвращается в исходное положение.

Обрабатываемая деталь или комплект одновременно обрабатываемых деталей устанавливается на оправке в шпинделе стола. Соотношение чисел оборотов долбяка и заготовки обратно пропорционально отношению чисел их зубьев, т.е. они вращаются так, как будто действительно находятся в зацеплении.

До начала обработки долбяк подводится вплотную к наружной поверхности заготовки. После этого включается радиальная подача шпиндельной головки для обеспечения врезания долбяка в заготовку на требуемую глубину. По окончании врезания радиальная подача прекращается, и заготовка в течение полного оборота нарезается только с круговой подачей.

В зависимости от величины модуля нарезаемого колеса его обработка осуществляется в один, два и три прохода. При многопроходной обработке процесс «резания повторяется перед каждым проходом.

При нарезании зубчатых колес с косыми зубьями используют винтовые направляющие и косозубые долбяки. В этом случае долбяк совершает возвратно-винтовое движение в соответствии с углом наклона зубьев нарезаемого колеса. Направление наклона зубьев долбяка должно быть противоположным направлению наклона зубьев нарезаемого колеса.

Станок работает по полуавтоматическому циклу, для чего служит специальный храповой счетный механизм, обеспечивающий автоматическое выключение станка по окончании нарезания зубчатого колеса.

Кинематическая схема станка модели 514 представлена на рис.155.

Движение резания. Привод движения резания состоит из клиноременной передачи, четырехступенчатой коробки скоростей, кривошипно-шатунного и реечного механизмов. Вращение от электродвигателя мощностью 2,2 квт передается валу I коробки скоростей клиноременной передачей 100—280. На валу I расположены два двойных подвижных блока шестерен Б₁ и Б₂, благодаря которым вал II может иметь четыре различные скорости вращения. На левом конце вала II закреплен кривошипный диск с радиальным пазом. В нем закрепляется переставной кривошипный палец, который посредством шатуна связан с рейкой, находящейся в постоянном зацеплении с шестерней 26. Последняя закреплена на приводном валу III. При вращении вала II кривошипно – шатунно - реечный механизм сообщает возвратно-вращательное движение валу III, которое с помощью реечной шестерни 26 и рейки, закрепленной на гильзе шпинделя, преобразуется в прямолинейное возвратно-поступательное движение шпинделя.

Максимальное число двойных ходов шпинделя в минуту п_{дх тах} можно определить из выражения

Движения подач. Эти движения заимствуются от вала II коробки скоростей и передаются цепной передачей 28—28 валу IV распределительной коробки. Далее кинематические цепи подач разветвляются.

Круговая подача шпинделю XII с долбяком сообщается от вала IV через червячную передачу 2—23, вал V, конический реверс 28—42—42, вал VI, сменные колеса А—В гитары круговых подач, вал VII, вал XI и червячную передачу 1—100. Величина круговых подач S_кр в мм/дв. ход может быть определена из выражения

где т и z_д — соответственно модуль и число зубьев долбяка.

Вращение кулачку К₁, сообщающему радиальную подачу шпиндельной головке, передается от вала IV валом XIII, сменными колесами а₁ — b₁ и c₁ — d₁ гитары радиальных подач, валом XIV, коническими шестернями 24—48, валом XV, червячной передачей 1—40, муфтой М₂, валом XVI, червячной передачей 2—40 и валом XVII. Кулачок К₁ через ролик Р₁ сообщает поступательное движение ходовому винту XVIII, связанному со шпиндельной головкой маточной гайкой, выполненной совместно с коническим колесом 30.

Радиальная подача долбяка (врезание). Долбяк на полную глубину зубьев заготовки врезается постепенно на некотором участке окружности. Причем заготовка и долбяк вращаются одновременно. Движение врезания осуществляется от вала XII через сменные колеса гитары радиальной подачи Х_р, конические колеса 24:48 и червячную пару 1:40. Червячное колесо этой пары насажено свободно на вал XVI. При включении муфты М₂ вправо вращение передается от вала XVI червячной паре 2:40. На одном валу с червячным колесом этой пары насажен неподвижно кулачок К₁ радиальной подачи (врезания), вращающийся вместе с этим колесом. К кулачку прижимается пружиной ролик Р₁, закрепленный на винте XVIII.

При вращении кулачка криволинейный участок его профиля, выполненный по спирали, отжимает ролик Р₁ вправо и перемещает винт XVIII (без вращения) в продольном направлении. Винт ввинчен в гайку зубчатого колеса 30, закрепленного в суппорте; при перемещении винта суппорт с долбяком придвигаются к заготовке.

Механизм врезания управляется кулачком К₁. Кулачок в зависимости от числа проходов при долблении имеют разные профили. К станку прилагаются три кулачка: для одного (рис.156, а), двух (рис.156, б) и трех (рис.156, в). При однопроходном кулачке за один оборот обрабатываются две заготовки: в первую половину оборота нарезается одна заготовки, во вторую – другая. Двух- и трехпроходные кулачки за один оборот осуществляют соответственно два или три прохода одной заготовки.

Во всех кулачках профиль одной четверти окружности построен по кривой- архимедовой спирали. При перемещении ролика по этой спирали (вр.90°) происходит врезание на глубине h. Спираль у однопроходного и трехпроходного кулачков начинается от выреза в кулачке, в точке а и, постепенно удаляясь от центра кулачка, оканчивается в точке b; у двухпроходного кулачка спираль начинается в точке а, расположенной под углом 90° от выреза, оканчивается в точке b. От точки b профили кулачков идут по окружности. У однопроходного кулачка профиль после спирали выполнен по одной окружности, на участке угла I 90°; двухпроходного кулачка- по двум окружностям, на участке угла 90°, каждая спираль (I 90° b II 90°); трехпроходного кулачка – по трем окружностям, на участке угла 90° (I 90° II 90° III90°).

Величина радиальной подачи S_р определяется выражением

где Н — шаг подъема архимедовой спирали кулачка К₁ в мм.

Подбор сменных колес гитары радиальной подачи производится по формуле

Движение деления и обкатки. Это движение заимствуется от вала VII и через конические шестерни 30—30, вал VIII, конические шестерни 30—30, вал IX, сменные колеса а—b и с—d делительной гитары, вал X и червячную передачу 1—240 передается столу с заготовкой. Для осуществления правильного процесса деления и обкатки необходимо, чтобы числа оборотов п_д шпинделя с долбяком и п_к стола с нарезаемым колесом были обратно пропорциональны их числам зубьев z₀ и z_к , т. е.

Кинематическая цепь, связывающая вращение шпинделя с вращением стола, имеет вид

Отсюда находим формулу для подбора сменных колес делительной гитары.

Вспомогательные движения. Отвод стола с заготовкой при обратном ходе долбяка производится кулачково-рычажным механизмом. На правом конце вала II закреплен эксцентрик Э, который через два взаимосвязанных ролика и систему рычагов перемещает стол с заготовкой.

Быстрое установочное вращение стола с заготовкой производится от отдельного электродвигателя мощностью 0,25 квт, движение от которого через плоскоременную передачу 80—180, вал X и червячную передачу 1—240 передается столу.

Счетно-выключающее устройство приводится в движение от вала X через кулачок К₂ и рычажно-храповой механизм с регулируемым упором.

Вал XIX и конические шестерни 15—30 служат для ручного установочного перемещения шпиндельной головки.

Узлы станка модели 514

Кривошипно-шатунный механизм. Кривошипный диск 2 (рис. 157, а) с пальцем 3 жестко закреплен на валу II коробки скоростей. На палец 3 кривошипного диска надет шатун 4, в который ввернут винт 5, имеющий оправа гладкую цилиндрическую шейку. На цилиндрическую часть винта 5 надета гильза 7 с нарезанной на ней рейкой. Последняя находится в по­стоянном зацеплении с реечным колесом 10, насаженным на шлицевый вал 9.

При вращении кривошипного диска 2 шатун 4 вместе с винтом 5 и гильзой-рейкой 7, которая перемещается в качающейся направляющей 6, сообщают реечной шестерне 10 и валу 9 возвратно-вращательное движение. На этом валу (вал III на рис.155) находится реечное колесо, сообщающее шпинделю возвратно-поступательное движение.

Настройка на требуемую длину хода шпинделя с долбяком достигается поворотом квадрата а винта 1. При повороте этого винта изменяется радиус кривошипного пальца 3, что вызывает изменение длины хода шатуна 4, и рейки 7, которые, в свою очередь, меняют угол поворота реечного колеса 10, обусловливающего длину хода долбяка.

Установка заданного места хода долбяка осуществляется поворотом квадрата 6 при ослабленных гайке 8 и стопоре 11; при этом винт 5 ввинчивается или вывинчивается из резьбового гнезда шатуна 4. Гильза 7 с рейкой поворачивает реечное колесо 10 и вал 9, поднимая или опуская долбяк.

Механизм отвода стола. В момент хода шпинделя с долбяком вверх эксцентрик 6 (рис.157, б), укрепленный на валу 5, сообщает возвратно-поступательное движение рамке 4 с двумя роликами, плотно прижатыми к поверхности эксцентрика 6, тяге 3 и хомутику 2. Хомутик 2 связан с коромыслом I, закрепленным на валике 13. На другом конце валика 13 укреплен кривошипный диск 12 с пальцем II, на который надет шатун 10, шарнирно связанный с корпусом 9 стола станка.

При ходе шпинделя с долбяком вверх эксцентрик 6 перемещает рамку 4 вниз, поворачивая кривошипный диск 12 и отводя стол с заготовкой от долбяка.

Для устранения ударов, могущих возникнуть при износе деталей механизма отвода стола и влияющих на точность нарезаемых зубьев шестерен, служат планка 5 и упор 7.

Механизм подачи и счетно-выключающее устройство. На рис.157, в изображен механизм радиальной подачи шпиндельной головки и автоматическое устройство для выключения станка по окончании обработки заготовки.

После быстрого ручного подвода долбяка до соприкосновения с поверхностью заготовки поворотом рычага 11 вправо под выступ фиксатора 10 включается радиальная подача шпиндельной головки для врезания инструмента на требуемую глубину.

Фиксатор 10 прикреплен к рычажку 12, который покоится своим левым концом на выступе (на рисунке не виден) тыльной части кулачка 16, удерживая этим рычаг 11 во включенном положении.

Вместе с рычагом 11 перемещается вправо тяга 21, поводок которой включает торцовую кулачковую муфту М₂, связывающую червячное колесо 22 с валом 23. Одновременно при смещении тяги 21 вправо сухарь 18 приподнимает собачку 2 храпового механизма и удерживает ее от сцепления с храповым колесом 19.

Врезание осуществляется кулачком 16, который приводится во вращение от вала 5 через сменные колеса 6, коническую передачу Л, червячную передачу 7—22, вал 23, червяк 20 и червячное колесо 3, сидящее на одном валу с кулачком 16. К поверхности кулачка 16 пружиной прижимается ролик 13, укрепленный на правом конце винта 17, связанного со шпиндельной головкой.

В начале рабочего цикла ролик 13 находится во впадине кулачка 16. При вращении кулачка, ролик катится по его криволинейной поверхности и перемещает винт 17 и шпиндельную головку вправо, осуществляя врезание долбяка в заготовку.

Как только врезание закончится и осевое перемещение винта 17 прекратится, выступ на тыльной части кулачка 16 отходит от левого конца рычага 12 и последний под действием пружины 9 приподнимает фиксатор 10, освобождая рычаг 11, который под действием пружины 8 поворачивается влево, смещая влево вал 21. При смещении влево вал 21 выключает муфту М₂, освобождая червячное колесо и разъединяя цепь вращения кулачка от вала 5. Одновременно смещается влево и сухарь 18, освобождая собачку 2. Собачка под действием собственного веса опускается и входит в зацепление с храповым колесом 19, которое начинает поворачиваться вследствие качания сектора 1, приводимого в движение от кулачка К₂, закрепленного на валу X (рис.155).

При каждом качательном движении сектора 1 и храповой собачки 2 храповое колесо 19 поворачивается на один зуб, приводя в движение через червячную передачу 20—3 кулачок 16; при этом ролик 13 будет скользить по концентричной части профиля кулачка, вследствие чего радиальной подачи происходить не будет. С этого момента стол с заготовкой должен совершить один поворот для полной обработки заготовки.

По окончании цикла обработки ролик 13 попадает во впадину кулачка 16, винт 17 под действием пружины (на чертеже не показана) перемешается влево и, нажав упором 14 на конечный выключатель 15, выключает станок.

Наладка станка для нарезания зубчатых колес с внутренними зубьями.

При нарезании колеса с внутренними зубьями по принципу обкатки долбяк входит в зацепление с колесом, как зубчатая пара внутреннего зацепления. В этом случае долбяк и нарезаемое колесо должны вращаться в одну сторону. Для этого в гитару деления, кроме рассчитанных сменных колес, надо установить паразитное колесо; в результате при том же вращении долбяка изменится вращение стола. В остальном наладка станка не отличается от наладки при нарезании колес с наружными зубьями.

Наладка станка для нарезания зубчатых колес с косыми зубьями.

Для нарезания колес с косыми зубьями необходимы специальные долбяки. Угол наклона зубьев долбяка должен равняться углу наклона зубьев нарезаемого колеса. Для нарезания колес с наружными зубьями направление наклона зубьев долбяка и колеса должно быть противоположное: для правого колеса требуется левый долбяк, для левого колеса- правый. Для нарезания колес с внутренними зубьями применяют долбяки с одноименным направлением зубьев: правое колесо нарезается правым долбяком, левое- левым.

В процессе нарезания косозубых колес зубья долбяка должны проходить вдоль винтовых нарезаемых зубьев. Для этого, кроме движений, которые имеет долбяк при нарезании прямых зубьев (возвратно-поступательного и вращения при обкате), ему сообщается дополнительное вращение, согласованное с поступательным движением, а именно: при движении вниз долбяк должен поворачиваться в одну сторону, а при вверх – вдругую. Это вращение в одну и другую сторону осуществляется при помощи специальных винтовых направляющих (копиров) в и г, которые устанавливаются взамен прямолинейных копиров а и б на штосселе и во втулке червячного колеса (рис.158). Один копир b с винтовыми направляющими закрепляется на штосселе и движется вместе с ним; другой g вставляется во втулку червячного колеса и тоже закрепляется в ней. При поступательном движении штосселя винтовые направляющие копиров скользя друг по другу, и штоссель поворачивается относительно втулки червячного колеса 100 (рис.160). Таким образом, осуществляется согласованное поступательное и дополнительное вращательное движение штосселя в одну и другую стороны. В зависимости от направления зубьев долбяка винтовые направляющие применяются правозаходные или левозаходные.

После установки винтовых направляющих и долбяка наладку станка выполняют так же, как и для нарезания прямозубых колес с наружными или внутренними зубьями.

Зубодолбежный станок мод. 5А140 и мод.5А140П

Станок модели 5А140 (5А140П) предназначен для нарезания цилиндри­ческих колес с наружным и внутренним зубом по методу обката.

Работа станка производится в наладочном и полуавтоматическом ре­жимах с числом рабочих ходов от одного до четырех и со сменой режимов резания при переходе с черновых проходов на чистовой.

Станок (рис.159) имеет вертикальную компоновку (ось заготовки вертикальна). На станине 12 установлена проставка 8 со стойкой 7. На стойке закреплен суппорт 4, содержащий шпиндель II с долбяком 6, а также установлена коробка 2 скоростей и круговых подач. В начале цикла обработки перед каждым проходом происходит непрерывное радиальное врезание на заданную глубину. При этом стол 9 с заготовкой перемещается к долбяку по горизонтальным направляющим станины.

Главное движение резания осуществляется от трехскоростного электродвигателя M1 через передачу 30/65, пару сменных колес А и Б гитары скорости i_v, передачу 23/23, зубчатоременную передачу 22/44 на приводной вал I, который через кривошипно-кулисный механизм 5 передает возвратно-поступательное движение шпинделю II долбяка.

Связь вращений долбяка и заготовки обеспечивается за счет цепи обката, состоящей из червячного колеса z = 90 и червяка z = 1 в суппорте, колес z = 56, 46, 54, 36 и z = 56, 50, 50, 28, двух конических передач 33/33, гитары обката a/b и c/d , передач 45/70 и 1/180.

Уравнение кинематического баланса цепи обката:

Формула настройки гитары обката:

Скорость движения обката задают через круговую подачу долбяка, которая осуществляется от электродвигателя М2 постоянного тока через передачи 29/86, 60/60, колеса z =28, 50, 50, 56 и z =36, 54, 46, 56 и червячную передачу 1/90 на шпиндель долбяка.

Круговая подача в цикле может изменяться за счет регулирования частоты вращения электродвигателя.

Приводом радиального перемещения стола с заготовкой для установки высоты нарезаемого зуба служит гидроцилиндр ЦЗ. При врезании стол прижимается к клиновой поверхности ползушки 1 гидроцилиндром Ц2 через корпус, винт X, упорную гайку 11, штангу VIII, пиноль IX и ролик. Межосевое расстояние между осью долбяка и заготовки выдерживается за счет упора гайки 11 через пиноль в клиновую ползушку. Регулировку межосевого расстояния осуществляют рукояткой 10, вращающей винт X через червячную передачу 2/24.

Ускоренное вращение заготовки при выверке ее биения осуществляется от электродвигателя МЗ через цепную 15/18, цилиндрическую 45/70 и червячную 1/180 передачи. При работе цепи ускоренного вращения шпинделя изделия остальная часть кинематики отключается размыканием колес гитары обката.

Вывод долбяка в крайнее верхнее положение после обработки внут­реннего зубчатого венца осуществляется гидроцилиндром Ц1 через реечную передачу с колесом 80. Для выборки зазоров в звеньях механизмов привода главного движения, а также во избежание вибрации в процессе резания в верхней части суппорта установлена пружина 3. На валу XIII располагается тормозная муфта Т.