5. Методика кинематической настройки станка

Кинематическая схема станка состоит из следующих кинематических цепей (рис.5.1):

1. цепи главного движения (движения скорости резания);

2. цепи обката и деления;

3. цепи вертикальной подачи фрезерного суппорта;

4. цепи горизонтальной подачи подвижной стойки (радиальной подачи фрезы);

5. цепи тангенциальной (осевой) подачи фрезы;

6. дифференциальной цепи.

Рассмотрим методику настройки станка на нарезание цилиндрических прямозубых, цилиндрических косозубых и червячных колес.

5.1. Настройка станка на нарезание цилиндрического прямозубого колеса

Принципиальная схема нарезания показана на рис.3.2,а. Необходимо настроить цепь главного движения, цепь обката и деления и цепь вертикальной подачи. При нарезании прямозубого колеса фреза устанавливается относительно заготовки под углом ( - угол подъема витков фрезы)- см.рис.5.2,а. Основные параметры цилиндрического зубчатого колеса показаны на рис.5.3.

5.1.1. Настройка цепи главного движения

Конечными звеньями цепи являются главный электродвигатель и червячная фреза. Расчетные перемещения конечных звеньев:

n_{эл.двиг.}.,мин^-1 n_фр, мин^-1 .

Уравнение кинематического баланса:

n_эл._дв.

здесь D₁ и D₂ диаметры шкивов; - коэффициент, учитывающий проскальзование в ременной передаче; - передаточное отношение сменных колес гитары скорости резания.

Учитывая, что n_эл.дв. =1420 мин^-1; D₁=105 мм, D₂=224 мм; =0,985, и решая уравнение относительно i_v, можно получить формулу для настройки гитары:

;

но = , где v – скорость резания в м/мин, а d_фр.- диаметр фрезы в мм; поэтому

i_v= .

Скорость резания надо выбрать по справочникам режимов резания; диаметр фрезы сообщает лаборант.

Практически надо определить величину n_фр и по табл.5.1 подобрать сменные колеса.

5.1.2. Настройка цепи обката и деления

Конечные звенья цепи-фреза и стол с заготовкой. Расчетные перемещения:

1 _об.фр. об.стола

(К – число заходов фрезы, Z – число зубьев нарезаемого колеса).

Рис.5.2. Установка фрезы относительно заготовки: а – при нарезании

Прямозубого колеса; б – при нарезании косозубого колеса.

Модуль	m
Число зубьев	z
Угол наклона зуба
Направление линии зуба	-
Исходный контур	-	ГОСТ 13755-68
Коэффициент смещения исходного контура
Степень точности по ГОСТ 1643-72	-
Диаметр делительной окружности	dа
Толщина зуба по дуге делительной окружности	Sа

Рис.5.3. Основные параметры цилиндрического зубчатого колеса

Уравнение кинематического баланса:

.

Здесь i_диф – передаточное отношение дифференциала. В случае нарезания прямозубых колес дифференциал блокируется муфтой и вращается вместе с валом; в этом случае i_диф=1. Из уравнения можно получить передаточное отношение гитары обката и деления:

.

При Z 161 следует принимать = ;

При Z > 161 - .

К станку прилагается единый комплект сменных колес для гитар обката и деления, подач и дифференциала (43 шт.); в комплекте имеются колеса со следующими числами зубьев: 20,20,23,24,25,25,30,33,34,35,37,40,41,43,45,47,48,50,53,55,

57,58,59,60,61,62,65,67,70,71,73,75,79,80,83.85,89,90,95,97,98,100.

Подбор сменных колес гитары обката и деления следует производить точно, без округлений.

Таблица 5.1 Сменные колеса гитары главного движения

Частота вращения фрезы nфр, мин-1	Число зубьев сменных колес
	А	В
47,5 63,7 78,6 96,3 125,7 154,0 192,0	18 22 25 28 32 35 38	42 38 35 32 28 25 22

5.1.3. Настройка цепи вертикальной подачи

При рассмотрении этой цепи надо исходить из того, что вертикальной подачей называется величина перемещения фрезерного суппорта вдоль оси заготовки за один ее оборот.

Конечные звенья цепи – стол и фрезерный суппорт. Расчетные перемещения:

1 об.стола S_в – вертикального перемещения фрезерного суппорта.

Уравнение кинематического баланса:

где - передаточное отношение сменных колес гитары по -

дачи;

P₁=10 мм - шаг ходового винта вертикальной подачи;

S_в - величина вертикальной подачи в мм/об.

Из уравнения получим:

Величину подачи надо выбрать по справочнику режимов резания. Сменные колеса подбираются по табл.5.2. Станок можно настроить на 10 вертикальных подач.

Таблица 5.2. Сменные колеса гитары подач

Подача в мм/об стола		Число зубьев сменных колес гитары подач
Вертикальная	Горизонтальная (радиальная)	а1	b1	с1	d1
0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,50 3.00	0,06 0,12 0,18 0.24 0,30 0,36 0,42 0,48 0,60 0,72	20 20 20 30 45 24 20 30 30 35 35 40 35 35 30 33 30 60 60 45	80 79 75 60 50 40 40 60 - 70 50 50 40 60 - - - 40 40 -	24 23 45 24 20 30 30 45 - 60 45 45 30 45 - - - 35 30 -	79 75 80 80 80 80 50 75 80 80 70 80 50 50 50 55 40 70 50 50

5.2. Настройка станка на нарезание цилиндрического

косозубого колеса

При нарезании косозубых колес ось фрезы надо установить под углом к горизонтали (рис.5.2.,б). Если направление витков фрезы совпадает с направлением зубьев нарезаемого колеса, то

где - угол наклона зуба нарезаемого колеса;

- угол подъема витков фрезы.

Если же направления разноименные, то

.

При нарезании колес с косыми (винтовыми) зубьями настраиваются следующие цепи:

1. цепь главного движения;

2. цепь обката и деления;

3. цепь вертикальной подачи;

4. цепь дифференциала.

Первую, вторую и третью цепи следует настраивать так же, как и при нарезании прямозубых колес.

5.2.1. Настройка цепи дифференциала

Конечные звенья цепи – стол и фрезерный суппорт. Расчетные перемещения:

1 об.стола - перемещения фрезерного суппорта (Р – шаг винтовой линии зуба).

Уравнение кинематического баланса:

.

Здесь i_y – передаточное отношение шестерен гитары дифференциала;

i_х =

i_диф.= Р₁=10 мм.

Решая уравнение, получим

i_y=25 .

Величина шага винтовой линии нарезаемого колеса Р=

(m_н – нормальный модуль, - угол подъема винтовой линии зуба колеса);

с учетом этого получим

i_y= .

Подбор сменных колес следует производить по таблицам [9,10] c точностью до 5-6 знаков.

5.2.2. Бездифференциальная настройка

Настраивать необходимо три цепи: цепь главного движения, цепь обката и деления и цепь вертикальной подачи. Первую и третью цепи надо настраивать так же, как и при нарезании прямозубых колес.

Расчетные перемещения конечных звеньев цепи обката и деления в этом случае (с учетом объяснения в разделе 3) будут:

.

Уравнение кинематического баланса:

.

Решая уравнение, получим (при i_диф=1):

i_х = .

Знак плюс или минус берется в зависимости от направлений винтовых линий. Практически надо воспользоваться указаниями, содержащимися в паспорте станка, или получить разъяснения у лаборанта.

5.3. Настройка станка на нарезание червячного колеса

Как было показано в разделе 3, нарезание червячных колес может осуществляться методом радиальной подачи и методом тангенциальной подачи. В первом случае настраиваются цепи: главного движения, обката и деления и цепь радиальной (горизонтальной) подачи. Первые две цепи настраиваются так же, как и при нарезании прямозубых цилиндрических колес. Во втором случае настраиваются цепи: главного движения, обката и деления, тангенциальной (осевой) подачи и дифференциала. Первые две цепи следует настраивать так же, как и при нарезании цилиндрических колес с прямыми зубьями. Рассмотрим особенности настройки некоторых цепей при нарезании червячных колес.

5.3.1. Настройка цепи радиальной подачи

Конечные звенья цепи – стол и винт радиальной подачи. Расчетные перемещения:

1 оборот стола мм/об радиального перемещения фрезы

(надо исходить из определения: радиальной подачей называется перемещение подвижной стойки за 1 оборот стола).

Уравнение кинематического баланса:

.

Шаг винта радиальной подачи Р₂ = 10 мм.

Из уравнения получим:

I_SР = .

Практически подбор колес гитары следует производить по табл.5.2.

5.3.2. Настройка цепи тангенциальной подачи

На станке предварительно надо установить протяжной суппорт. Конечными звеньями цепи являются стол и винт тангенциальной подачи. При определении расчетных перемещений следует исходить из определения: тангенциальной подачей называется величина перемещения протяжного суппорта вдоль оси фрезы за 1 оборот стола. Таким образом ,

1 оборот стола S_т (величина тангенциальной подачи).

Уравнение кинематического баланса:

;

Р₃= 5 мм.

Решая уравнение, получим:

i_SТ = S_Т.

5.3.3. Настройка цепи дифференциала при нарезании

червячных колес методом тангенциальной подачи

За время осевого перемещения фрезы на длину L винт осевого перемещения протяжного суппорта сделает L/5 оборотов (т.к. Р₃=5 мм). Поэтому расчетные перемещения будут:

об.винта протяжного суппорта оборотов стола.

Уравнение кинематического баланса:

.

Но i_х = i_диф = 2.

Поэтому формула для настройки гитары дифференциала будет иметь вид:

i_y = .

Подбор сменных колес следует производить с использованием таблиц [9] и др.

5.4. Настройка станка на нарезание зубчатых колес

с простым числом зубьев, большем 100

Если нарезается колесо с простым числом зубьев, большим 100, то при настройке гитары обката и деления по формуле i_Х = не удается подобрать сменные колеса, так как в наборе нет колес с соответствующим числом зубьев. Поэтому число нарезаемых зубьев надо представить в виде двух слагаемых:

Z = Z₁ .

Тогда за один оборот заготовки фреза должна сделать следующее число оборотов:

.

Первое слагаемое принимается за расчетное перемещение при настройке цепи деления и обката, а второе – при настройке цепи дифференциала. И тогда кинематическую цепь надо составлять из условия:

1 об.стола об.фрезы.

Уравнение кинематического баланса:

Формула настройки гитары дифференциала:

I_y = .

Величина не должна выбираться большой. Например,

Z= 101 = 100,8 + 0,2.

Для подробного изучения станка мод.5Д32 рекомендуется обратиться к литературе [3,5]. Станок более поздней модели 5М324А описан в литературе [2,11]. Кинематическая схема этого станка приведена на рис.5.3. Его особенностью является отсутствие протяжного суппорта, что делает невозможным нарезание червячных колес методом тангенциальной подачи. В радиальном направлении перемещается не стойка с фрезой, а заготовка, расположенная на столе станка. По указанию преподавателя, студенту может быть предложено в качестве домашнего задания вывести формулы кинематической нас тройки этого станка по аналогии с настройкой, изученной в лаборатории.

Изучая станки со сложной кинематикой, студент должен знать о возрастании доли станков с ЧПУ в общем станочном парке. Все большее распространение получают, в частности, зубофрезерные станки с ЧПУ. В этих станках механические связи заменяются электронными, что позволяет существенно упростить кинематику и конструкцию станков, повысить точность нарезаемых колес (за счет сокращения длины кинематических цепей).

На рис.5.4 в качестве примера показана кинематическая схема зубофрезерного станка мод.МА70Ф4 с ЧПУ. На станке можно обрабатывать зубчатые колеса с наибольшим модулем 6 мм, наибольшим диаметром 320 мм и наибольшей шириной венца 200 мм.

Станок имеет следующие, управляемые от устройства ЧПУ, координаты: Х, Y – перемещение инструмента в горизонтальной и вертикальной плоскости соответственнно; Z – перемещение инструмента вдоль своей оси; U,W – вращение инструмента и стола соответственно.

В станке осталась одна ;жесткая механическая связь – между фрезой и заготовкой. Остальные связи заменены на электронные (через устройство ЧПУ). Используются высокомоментные регулируемые электродвигатели постоянного тока. Двигатель М5 обеспечивает необходимую скорость вращения стола через дифференциал . В цепи между фрезой и заготовкой имеются переключаемые передачи 1,2,3.

К станку прилагаются постоянные программы:

1. для обработки косозубого колеса с радиальным врезанием за два рабочих хода;

2. для обработки прямозубого блока из двух зубчатых колес;

3. для обработки червячного колеса с радиальным врезанием и осевой подачей инструмента.

Исключением некоторых перемещений можно получить упрощенные циклы.

Управление системой осуществляется с пульта оператора. Имеется дисплей с выводом на него буквенно-цифровой информации, характеризующей процесс обработки.

Подробно станок описан в литературе [6,12].