Металлорежущие станки: Сборник лабораторных работ для студентов специальности 1201 всех форм обучения: - В 2 ч. Ч.2

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ Сборник лабораторных работ

Часть 2

Ульяновск

Министерство образования Российской Федерации Ульяновский государственный технический университет

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ Методические указания по выполнению лабораторных работ

Составители: Г. И. Киреев, Ю. В. Кирилин

Ульяновск 2003 г.

УДК 621. 9. 06 (076) ББК 34.63 – 5Я7 М54 Металлорежущие станки: Сборник лабораторных работ для студентов специальности 1201 всех форм обучения: - В 2 ч. ч.2 / Сост. Ю. В. Кирилин, Г. И. Киреев. – Ульяновск, 2003. – с. Методические указания по выполнению лабораторных работ составлены в соответствии с Государственным образовательным стандартом профессионального образования по направлению подготовки дипломированных специалистов 657800 – «Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств специальности 120100 «Технология машиностроения» и 120200 «Металлообрабатывающие станки и комплексы» и на основе Примерной программы дисциплины «Металлорежущие станки», утвержденной МО РФ 12.11.2001 г. Во второй части сборника изложены методические указания по выполнению трех лабораторных работ, посвященных изучению кинематики и конструкции зуборезных станков и многооперационного станка.

Рецензент канд. техн. наук, доцент кафедры «Технология машиностроения» Рязанов С. И. Одобрено секцией методических пособий научно–методического совета УлГТУ

© Оформление УлГТУ, 2003

3

СОДЕРЖАНИЕ 1. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ НА УНИВЕРСАЛЬНЫХ СТАНКАХ…………………………..4 2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 НАСТРОЙКА ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩЕГО СТАНКА ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ…………………4 2.1. Цель работы…………………………………………………………………………………..4 2.2. Сущность способа нарезания конических колес с круговыми зубьями………………….5 2.3. Средства технического оснащения………………………………………………………….6 2.4. Техника безопасности при выполнении работы………………………………………… 7 2.5. Порядок выполнения лабораторной работы……………………………………………….7 2.6. Расчет настройки кинематических цепей модели (см. рис. 2.4 и табл. 2.1)……………12 2.7. Наладка модели для нарезания зубьев колеса……………………………………………13 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА………………………………………………………………………14 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ………………………………………………………………….14 3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 НАСТРОЙКА ЗУБОФРЕЗЕРНОГО СТАНКА МОД. FО- 6…………………………………………………………………………...15 3.1. Цель работы…………………………………………………………………………………15 3.2. Средства технического оснащения………………………………………………………...15 3.3. Техника безопасности при выполнении работы………………………………………….15 3.4. Порядок выполнения лабораторной работы………………………………………………16 3.5. Назначение и описание станка……………………………………………………………..16 3.6. Настройка станка для нарезания различных зубчатых колес……………………………20 4. УСТРОЙСТВО НЕКОТОТОРЫХ УЗЛОВ СТАНКА………………………………………..31 4.1. Дифференциал………………………………………………………………………………31 4.2. Механизм автоматического выключения вертикальных и продольных подач………..33. 5. НАСТРОЙКА КИНЕМАТИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ……………………………………………….33 5.1. Расчет чисел зубьев сменных колес на ЭВМ……………………………………………..35 5.2. Символы в программе ЭВМ……………………………………………………………….36 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА………………………………………………………………………36. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ…………………………………………………………………...36 6.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И НАЛАДКА МНОГООПЕРАЦЙОННОГО СТАНКА МОД. МС12 - 25 ОМ…………………………….37. 6.1. Цель работы…………………………………………………………………………………37 6.2. Порядок выполнения работы………………………………………………………………37 6.3. Оборудование и принадлежности…………………………………………………………37 6.4. Назначение и основные данные станка……………………………………………………38 6.5. Устройство и работа основных узлов станка……………………………………………..39 6.6. Механизм смены инструмента…………………………………………………………….44. 6.7. Наладка станка на обработку детали………………………………………………………46 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА………………………………………………………………………47 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ…………….…………………………………………………….47 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ……………………………………………………………49

4

1. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ НА УНИВЕРСАЛЬНЫХ СТАНКАХ В целях исключения травматизма, а также поломки оборудования, технологической оснастки и приборов каждый студент перед выполнением лабораторных работ должен тщательно изучить правила техники безопасности. ЗАПРЕЩАЕТСЯ: - приступать к выполнению работы без ознакомления с правилами по технике безопасности в лаборатории «Металлорежущие станки»; - включать станок без разрешения и присутствия преподавателя или учебного мастера; - подходить к станку в расстегнутых халатах и костюмах или с распущенными волосами. ПЕРЕД ВЫПОЛНЕНИЕМ РАБОТЫ СЛЕДУЕТ: - заправить одежду, застегнуть рукава, убрать волосы под головной убор; - убрать со станка и рабочего места все ненужные предметы; - подготовить к работе технологическую оснастку, инструменты, приборы и убедиться в их исправности; - проверить работу органов управления станка в присутствии учебного мастера; - надежно закрепить заготовку и режущий инструмент; - проверить работу станка на холостом ходу под наблюдением учебного мастера или преподавателя. ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТ НЕЛЬЗЯ: - управлять станком вдвоем или более двух человек; - касаться движущихся частей станка; - производить чистку и смазку станка; - проверять размеры обрабатываемой заготовки; - облокачиваться на станок; - снимать и открывать ограждения во время работы станка. 2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 НАСТРОЙКА ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩЕГО СТАНКА ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ 2.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Закрепление знаний и привитие практических навыков по настройке зубообрабатывающих станков для нарезания конических колес с круговыми зубьями.

5

2.2. СУЩНОСТЬ СПОСОБА НАРЕЗАНИЯ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ При обработке конических зубчатых колес с круговыми зубьями в качестве производящего колеса применяют плоское колесо I (рис. 2.1) зубья которого направлены по дуге окружности радиуса r. Заготовка 2 в процессе нарезания зубьев обкатывается с производящим колесом, зубья которого воспроизводятся резцовой головкой 3, вращающейся вокруг точки ОI. В зависимости от положения центра резцовой головки ОI угол спирали β (см. рис. 2.1) на венце нарезания колеса может быть: а) не равен нулю; б) равен нулю в середине зуба; в) равен нулю на малом диаметре зуба. Варьируя положение центра резцовой головки ОI относительно центра плоского производящего колеса (люльки) О (т.е. координата X и Y), можно получить различные углы β нарезаемых зубьев. Вершины резцов головки 3 должны двигаться по образующей внутреннего конуса нарезаемого колеса, для этого ось вращения заготовки необходимо установить под углом φi внутреннего конуса к плоскости, в которой движутся вершины резцов (рис. 2.2). Заготовка 2 (см. рис. 2.1 и 2.2) должна быть также правильно установлена относительно центра станка. Центром станка называется точка, в которой пересекаются горизонтальная ось ОО2 люльки I, ось ОО1 шпинделя бабки изделия (заготовки 2) и вертикальная ось поворотного стола. Через центр станка должна проходить плоскость, в которой передвигаются вершины резцов головки 3. С центром должна совпадать также вершина начального производящего конуса нарезаемого колеса. Для установки центра станка применяется специальный прибор. 2.2.1. Движения, совершаемые инструментом и заготовкой Во время нарезания конических колес с круговыми зубьями на станке совершаются следующие движения: - вращение головки вокруг своей оси ВР.Г. (главное движение (см. рис. 2.1, 2.2)); - вращение резцовой головки вокруг оси производящего колеса (люльки) ВПЛ. ; - вращение заготовки ВЗАГ. , согласованное с вращением люльки ВПЛ. ( I * об . люльки →

Z пл.колеса об. заготовки) Z заг .

Деление осуществляется после обработки каждого зуба. _________________________

*) Соответствует

6

Рис. 2.1. Схема нарезания конических колес с круговыми зубьями

Рис. 2.2. Схема установки заготовки при нарезании конических колес с круговыми зубьями

2.2.2. Область применения данного способа - для чернового нарезания зубчатых колес с углом начального конуса до 45°; - для чистового нарезания зубчатых колес модулем m = 0,5 – 30 мм длиной образующей начального конуса 8 – 800 мм в условиях мелкосерийного и серийного производства. Большинство станков, работающих данным способом, имеют устройство для чернового нарезания без обкатки, т. е. без вращения люльки и заготовки путем осевой подачи резцовой головки. 2.3. СРЕДСТВА ТЕХНИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ - действующая модель зубообрабатывающего станка; - набор сменных зубчатых колес m = I; z = 20, 22, 26, 30, 34 (2 шт.), 39 (2 шт. ), 40, 49, 51 (2 шт. ), 60; - заготовки зубчатых колес m = 2 мм; z = 30, 40, 50, 60; - штангенциркуль, отвертка и гаечные ключи.

7

2.4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ 1. Не включать станок (модель станка) без разрешения учебного мастера или преподавателя. 2. При наладке станка необходимо пользоваться гаечными ключами по размерам гаек и головок болтов. 3. Перед включением станка необходимо проверить надежность крепления заготовки и резцовой головки. 4. Не прикасаться руками к вращающимся заготовкам и резцовой головке. 5. Перед осмотром работающего станка необходимо привести в порядок свою одежду и волосы, которые могут стать причиной несчастного случая. 2.5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ 2.5.1. Определить размеры пары нарезаемых конических колес в соответствии с табл. 2.1 2.5.2. По данным табл. 2.1 вычертить чертеж зубчатых колес в зацеплении (рис. 2.3) 2.5.3. Изучить принцип работы и кинематику действующей модели станка Практическая часть работы выполняется на действующей модели, изготовленной по типу серийного зубообрабатывающего станка модели 525 с упрощенной кинематической схемой и открытыми передачами. Нарезание зубьев на заготовках конических колес из пластмассы или технического воска производится методом обкатки. Движение обкатки (см. рис. 2.1) осуществляется до тех пор, пока не будет обработана очередная впадина. После этого заготовка отводится от резцовой головки, и люлька начинает поворачиваться в обратном направлении до исходного положения. Заготовка при этом продолжает вращаться в том же направлении, как и во время резания. За время обратного (холостого) поворота люльки заготовка поворачивается на число зубьев Zi , не кратное числу зубьев нарезаемых на заготовке (движение деления). Затем заготовка подводится к резцовой головке и цикл повторяется. Заготовка устанавливается на шпиндель бабки изделия, которая может быть повернута вокруг центра станка на требуемый угол φi . Положение заготовки в осевом направлении регулируется промежуточными кольцами. Источником всех движений в модели является однофазный электродвигатель, который включается в электрическую сеть. После обработки всех впадин на заготовке электродвигатель автоматически выключается.

8

Таблица 2.1. Последовательность расчета основных размеров конических зубчатых колес с круговыми зубьями (угол между осями 90°, угол зацепления 20°) Исходные данные: число зубьев шестерни ZШ = 36, колеса ZК = 80 модуль нормальный mН = 2; угол спирали β = 20˚ (см. рис. 2.1) Расчетные формулы 2 I. Число зубьев плоского колеса Z ПЛ . = Z Ш + Z К2 * )

2. Средняя длина образующей делительного конуса m ⋅Z L = H ПЛ . (см. рис. 2.3) 2 ⋅ cos β

3. Ширина зубчатого венца b = 0,36 L 4. Наружная длина образующей Le = L + 0,5 b 2 Le mS = 5. Модуль торцовый Z ПЛ 6. Глубина захода nЗ = 2 mS· cos β 7. Радиальный зазор c = 0,2 mS 8. Полная высота зуба hЗ = nЗ + с 9. Высота головки зуба hГШ = mS (1 + ξn· cos β), hГK = hЗ – hГШ (при ZK : ZШ = 2…6, ξ = 0,1…0,3) 10. Высота ножки зуба hНШ = hЗ – hГШ ; hНK = hЗ – hГК 11. Угол ножки зуба γШ = arctg hНШ / Lе ; γК = arctg hНК / Lе 12. Угол начального конуса φШ = arctg ZШ / Zк ; φК = 90˚– φШ 13. Угол наружного конуса φеШ = φШ + γК ; φеК = φК + γШ 14. Угол внутреннего конуса φiШ = φШ – γШ ; φiК = φК – γК 15. Диаметр делительной окружности dШ = ZШ · mS ; dК = ZК · mS 16. Наружный диаметр dеШ = dШ + 2hГШ · cos φШ ; dеК = dК + 2hГК · cos φК 17. Расстояние от вершины конуса до венца АШ = Lе · cos φШ – hГШ · sin φШ АК = Lе · cos φК – hГК · sin φК __________________________

*) Вычисляется с точностью до 5-го знака после запятой

Результат расчета шестерня колесо

9

Рис. 2.3. Основные параметры конического зубчатого колеса

2.5.4. Техническая характеристика модели станка Электродвигатель - однофазный ........ N = 0,18 кВт ; n = 1440 об/мин Модуль нарезаемых колес, мм ........................................................................ 0,5–2 Число нарезаемых зубьев, Z ........................................................................... 10– 80 Наибольший диаметр делительной окружности, мм …………………..…. 100 Наибольшая длина образующего конуса, мм ......................................……. 50 Угол наклона зубьев, градус .......................................................................… 45 Наибольшая длина зубчатого венца, мм ....................................................… 50 Угол поворота (качания) люльки, градус .................................................... ..130 Величина отвода стола при делении, мм ..................................................…. 10 Скорость резаная, м/мин ............................................................................… 30 Время обработки одного зуба, c ................................................................…1 11,3 2.5.5. Кинематическая схема модели станка От электродвигателя М (рис. 2.4) через клиноременную передачу и червячную пару вращение передается на центральный вал III. nЦВ = 1460 · 0,98 ·

1 90 · 30 90

= 48 об/мин.

(2.1)

Рис. 2.4. Кинематическая схема модели зубообрабатывающего станка

10

11

Главное движение резания (вращение резцовой головки) сообщается от вала 50 Ш через цилиндрическую зубчатую пару . 25

nРГ = 48 ·

50 = 96 об/мин 25

(2.2) 25

Качательное движение люльки вала III через коническую зубчатую пару25 вращение передается валу ползуна IV, на конце которого закреплена шестерня Z =33, которая передает вращение составному колесу (реверсивный механизм качения люльки). Вращаясь всегда в одном направлении, шестерня Z = 33 заставляет вращаться составное колесо вместе с зубчатым колесом Z = 192 (см. рис. 2.4), то в одну, то в другую сторону. При зацеплении этой шестерни с участком составного колеса Z = 144 наружного зацепления осуществляется рабочий ход станка (обкатка), а при зацеплении с остальной его частью – холостой ход. Причем, в момент зацепления шестерни с переходными участками Z = 24, осуществляется перемещение ее оси (вала IV) с ползуном по валу V с участка с наружным зацеплением на участок с внутренним зацеплением (из положения (I) в положение (2)) или наоборот. Качательное движение составного колеса 192 30 2 через зубчатые передачи 30 , 33 , гитару обкатки iобк и червячную пару 30

передается люльке (планшайбе I). Вращение распределительного вала и заготовки. С вала Ш через цилиндрические зубчатые передачи вращение передается распределительному валу VI, на одном конце которого закреплен барабанный кулачок для подвода и отвода заготовки от резцовой головки. С другого конца распределительного ва1

ла вращение через червячную пару 60 передается на считывающий механизм, который после обработки последней впадины на заготовки воздействует на микровыключатель и выключает электродвигатель модели. n = 48 ⋅

20 20 36 ⋅ ⋅ =5,3 об/мин 60 36 60

(2.3)

За один оборот распределительного вала VI обрабатывается одна впадина. Время обработки одной впадины равно

τ=

60 = 11,3 с. n6

(2.4)

От распределительного вала VI через цилиндрическую передачу, ряд конических передач, гитару деления iдел. и червячную пару, вращение передается шпинделю VII, на котором закреплена заготовка нарезаемого колеса.

12

2.6. РАСЧЕТ НАСТРОЙКИ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ МОДЕЛИ, (СМ. РИС. 2.4 И ТАБЛ. 2.1)

Из анализа кинематической схемы и конструкции модели следует, что положение резцовой головки на люльке, частота ее вращения, частота вращения распределительного вала, величина отвода и подвода заготовки при делении постоянны. 2.6.1. Выбор угла качания люльки Угол качания люльки устанавливается таким, чтобы резцы во время обкатки полностью обрабатывали боковые поверхности зубьев. Величина угла качания зависит от выбранного числа пропускаемых зубьев Zi в течение одного рабочего цикла. Если этот угол выбран недостаточным, то отвод стола начнется раньше, чем закончится обработка впадины. Изменить угол качания люльки можно путем замены Zi с пересчетом передаточных отношений сменных шестерен гитар обкатки и деления. При малом угле качания люльки надо увеличить Zi , а если он велик (большой перебег люльки) – уменьшить. При нарезании зубьев может получиться, что угол качания люльки вниз от нулевого ее положения будет недостаточным, а угол качания вверх, наоборот, избыточным. В этом случае можно произвести перераспределение величины углов качания. Для этого с гитары обкатки снимают ведомую шестерню, надевают вместо нее специальную рукоятку, с помощью которой поворачивают люльку на некоторый угол, после чего снова надевают сменную шестерню. Ориентировочно угол качания люльки может быть определен по формуле

θ = arccos (

cos ϕ е 600 )+ cos ϕ i Z ПЛ .

.

(2.5)

2.6.2. Подбор сменных шестерен гитары деления Цепью деления в данной модели и аналогичных ставках называется кинематическая цепь, связывающая распределительный вал VI (см. рис. 2.4 ) со шпинделем VII бабки изделия. Необходимо составить уравнение кинематического баланса цепи деления (заполнить многоточие): 1 об. р. в. ..........………………... iдел ......…………………. = Z i (2.6) Z

13

из которого найти значение постоянной в правой части формулы настройки гитары деления: a c Z iдел = ⋅ = .......... i , (2.7) b d

Z

где Z – число нарезаемых зубьев; Zi – число зубьев, пропускаемых при делении, определяется во формуле Zi =

θ ⋅ Z ПЛ , 160

(2.8)

или выбирается произвольно таким, чтобы оно не имело общих множителей с Z. Число зубьев меньших шестерен подобрать с учетом прилагаемого к модели набора. Допустимая погрешность передаточного отношения гитар формообразующих цепей не более 0,02 %. 2.6.3. Подбор сменных шестерен гитара обкатки Кинематическая цель обкатки связывает вращение шпинделя бабки изделия с обкаточным движением люльки при ее рабочем ходе z I об. шп. · 24 ⋅ I ……………….. iобк ......…………. i обк = . (2.9) z пл i дел 4 zi После подстановки значения iдел =……… и сокращения сомножителей опz ределим значение постоянной в правой части формулы а′ с′ Zi (2.10) ⋅ = ... i обк = b′ d Z ПЛ Количество зубьев сменных шестерен гитар определить с помощью логарифмической линейки, по специальным таблицам [3, 4] или на ЭВМ. 2.7. НАЛАДКА МОДЕЛИ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ ЗУБЬЕВ КОЛЕС 2.7.1. Установить заготовку и сменные шестерни гитар iдел и iобк 2.7.2. Установить бабку изделия на угол φi Чтобы повернуть бабку изделия на угол φi необходимо освободить стопорный винт и вручную перемесить ее по круговым направляющим. Отсчет угла производится по градусной шкале. 2.7.3. Переместить заготовку вдоль оси Переместить заготовку вдоль оси с целью совмещения вершины начального конуса с центром O станка (модели) путем набора промежуточных колец (см. рис. 2.2). Если после пробного прохода высота нарезаемых зубьев окажется

14

меньше или больше расчетной, то необходимо переместить стол с бабкой изделия в нужном направлении. Для этого необходимо освободить стопорный винт, соединяющий стол с пальцем барабанного кулачка и вручную передвинуть стол на нужную величину. 2.7.4. Настроить считывающий механизм Если число нарезаемых зубьев меньше 60, то после обработки первой впадины стрелку считывающего механизма повернуть против часовой стрелки на число делений, равное числу зубьев. Если число зубьев больше 60, то считывающий механизм настраивается дважды. Первый раз на 60 зубьев, второй – на остальное число зубьев. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА - таблица расчета основных размеров конических колес (по типу таблицы 2.1); - чертеж зубчатых колес в зацеплении (см. рис. 2.3); - уравнения кинематического баланса и вывод формул настройки гитар формообразующих цепей, iдел и iобк – численное значение зубьев сменных шестерен гитар ′ ′

a c a c ⋅ = ... и ⋅ = ... b d b′ d ′

- кинематическая схема одной из формообразующих цепей. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. С помощью каких инструментов и какими методами нарезаются конические зубчатые колеса? 2. Каким может быть угол спирали на венце нарезаемого колеса и как изменить его значение? 3. Что называется центром станка? 4. Какие зависимые движения совершают заготовка и резцовая головка в процессе нарезания (количественные зависимости движений)? 5. Почему число пропускаемых зубьев при делении Zi не должно быть кратным числу зубьев нарезаемого колеса? 6. Как производится перераспределение углов качения люльки вверх и вниз от нулевого положения? 7. От чего зависит точность нарезаемых конических колес с круговыми зубьями?

15

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 НАСТРОЙКА ЗУБОФРЕЗЕРНОГО СТАНКА МОД. FО- 6 3.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучить взаимодействие частей и основных узлов станка, ознакомиться с настройкой его на нарезание цилиндрических прямозубых, косозубых и червячных колес. 3.2. СРЕДСТВА ТЕХНИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ - зубофрезерный полуавтомат мод. FО - 6; - заготовки зубчатых колес; - штангенциркуль, гаечные ключи, отвертка; - комплект сменных зубчатых колес для гитары обкатки и дифференциала (табл.3.1). Таблица 3.1 Комплект сменных зубчатых колес

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Числа зубьев сменных колес: m = 2 мм (всего 76 шт.) 23 24 24 25 26 27 28 29 31 32 33 34 35 36 37 38 39 41 42 43 44 45 46 47 48 49 51 52 53 54 55 56 57 58 59 61 62 63 64 65 66 67 58 69 71 72 73 74 75 76 77 78 79 82 83 84 85 86 87 88 89 92 94 96 97 98

3.3. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ 1. Перед выполнением практической части работы внимательно изучи настоящие методические указания. 2. Надень очки, приведи в порядок свою одежду и волосы, которые могут стать причиной несчастного случая. 3. Проверь надежность закрепления фрезы и заготовки. 4. Перед установкой сменных зубчатых колес отключи электропитание станка. 5. После установки сменных зубчатых колес не забудь установить фиксирующие кольца и защитные кожухи.

16

3.4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ - ознакомиться по данному описанию с назначением станка, его кинематической схемой, компоновкой основных узлов и управлением; - подобрать сменные зубчатые колеса гитар деления, дифференциала и проверить погрешность их подбора; - установить сменные зубчатые колеса на гитары и установить параметры режимов резания с помощью коробок скоростей и подач; - установить заготовку и режущий инструмент в рабочее положение; - после проверки преподавателем или лаборантом правильности настройки всех звеньев и установки инструмента, установить глубину фрезерования и нарезать зубья на заготовке; - проверить усвоение материала по контрольным вопросам; - сдать зачет по работе. 3.5. НАЗНАЧЕНИЕ И ОПИСАНИЕ СТАНКА Зубофрезерный станок FО - 6 является универсальным и предназначен для фрезерования цилиндрических прямозубых и косозубых зубчатых колес, а также червячных колес в условиях мелкосерийного и крупносерийного производства. Процесс фрезерования зубчатых колес, является наиболее производительным по сравнению с долблением или строганием. По производительности фрезерование уступает лишь процессам протягивания и долбления зубчатых колес многорезцовыми головками, а также успешно развивающемуся в последнее время процессу получения зубчатых колес накатыванием. Протягивание и накатывание зубчатых колес находит пока применение при изготовлении зубчатых колес относительно небольших диаметров в массовом производстве. Станок работает по методу обкатки, который заключается в том, что инструменту – червячно-модульной фрезе – и заготовке сообщаются согласованные вращательные движения, аналогичные движениям сопряженной пары: червяк – червячное колесо. Зубчатые колеса можно нарезать на станке за один или несколько проходов, изменяя соответствующим образом установку глубины резания. Органы управления и общий вид зубофреэерного станка изображены на рис. 3.1. 3.5.1. Узлы и органы управления станка 1 – станина; 2 – суппортная стойка; 3 – опорная стойка;

17

4 – фрезерный суппорт; 5 – стол; 6 – коробка скоростей; 7 – коробка подач; 8 – гитара дифференциала; 9 – гитара обкатки; 10 – главный электродвигатель; 11 – насос для подачи охлаждающей жидкости; 12 – электродвигатель быстрых перемещений; 13 – траверса; 14 – поперечный хобот; 15 – маховичок для перемещения стойки и фрезерного суппорта; 16 – переключающая штанга для изменения направления подачи; 17 – штурвал для переключения подач; 18 – ручка для включения вертикальной подачи при ручном перемещении. 20,21 – ручки переключения частот вращения фрезы; 22 – ручка для закрепления траверсы; 23 – ручки для закрепления поперечного хобота; 24 – рукоятка для ввода и вывода червяка из зацепления; 25 – четырехгранный хвостовик для поворота фрезерного шпинделя; 26 – четырехгранный хвостовик для перемещения фрезерного шпинделя в осевом направлении; 27 – четырехгранник для закрепления фрезерной оправки; 28,29 – четырехгранные хвостовики для вертикального перемещения фрезерного суппорта и дополнительного вращения стола; 30 – приводная ось сменных делительных колес; 31 – панель управления (подробнее см. рис. 3.2). Червячная фреза устанавливается и закрепляется на шпинделе фрезерного суппорта. Фрезерный суппорт 4 смонтирован на направляющих суппортной стойки 2 и может перемещаться по ней. Суппортная стойка установлена на направляющих станины I и может перемещаться по ним, как при установке фрезы по отношению к заготовке на заданное расстояние, так и ври выполнении радиальной подачи в случае нарезания червячных колес. Стол 5 с оправкой служит для закрепления на нем заготовок нарезаемых зубчатых и червячных колес. Стол имеет круговые направляющие и может получать вращение с требуемой скоростью. Так как в процессе фрезерования возникают усилия, которые, действуя на оправку, могут вызвать ее отклонение от правильного положения, на опорной стойке 3 имеется траверса 13, поддерживающая верхний конец оправки.

Рис. 3.1. Внешний вид станка FO - 6

18

19

Эту траверсу можно перемещать вручную в вертикальном направлении и закреплять рукояткой 22 на требуемой высоте. Поперечный хобот 14, связывающий опорную и суппортную стойки, образует из узлов станка жесткую раму, которая сводит до минимума возможные деформации стоек под нагрузкой, а также уменьшает возможность возникновения вибраций. Устранение этих явлений необходимо потому, что указанные деформации понижают точность нарезаемых колес, а вибрации вызывают увеличение шероховатости обработанной поверхности зубьев нарезаемого колеса и, кроме того, являются причиной быстрого затупления зуборезного инструмента. Это вызывает большие потери времени на снятие, переточку, повторную установку и выверку инструмента. 3.5.2. Техническая характеристика станка Наибольший нарезаемый модуль, мм………………………………………..… 6 Наибольший наружный диаметр нарезаемых цилиндрических прямозубых и червячных колес, мм…...…………………………………….… 600 Наибольшая ширина обработки пакета заготовок зубчатых колес, мм….. …. 350 Диаметр стола, мм………………………………………….…………………… 420 Наибольший диаметр режущего инструмента фрезы, мм…………………… 120 Наибольшая длина фрезы, мм ...........…………………………………......… … 130 Число частот вращения шпинделя....………….……………………….…...….. 12 Диапазон частот вращения шпинделя, об/мин.......……………………….. 15 – 90 Диапазон величин подач, мм/об: вертикальных.....…………………...………........0,33 – 5,2 продольных .............................…….…………....0,1 – 1,5 Мощность глазного электродвигателя, кВт (1400/2800 об/мин)……………… 3/4 Мощность электродвигателя быстрых перемещений, кВт (1400 об/мин)…....0,75 Мощность электродвигателя насоса охлаждения, кВт ( 2800 об/мин)……. 0,185 Мощность электродвигателя насоса смазки, кВт (1400 об/мин).………………0,1 Вес станка, кг .....……………………………………..................................….....4100

20

Рис. 3.2. Панель управления: I – кнопка включения главного электродвигателя (1400 об/мин); 2 – кнопка включения главного электродвигателя (2800 об/мин); 3 – кнопка стоп; 4 – кнопка включения подачи СОЖ насоса; 5 – перемещение стойки вправо, фрезерного суппорта вверх; 6 – перемещение стойки влево, фрезерного суппорта вниз; 7 – контрольная лампа главного выключателя; 8 – контрольная лампа включения насоса; 9 – амперметр главного электродвигателя

3.6. НАСТРОЙКА СТАНКА ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС 3.6.1. Нарезание цилиндрических колес с прямыми зубьями Заготовка зубчатого колеса устанавливается на оправку, которая должна быть предварительно выверена с помощью индикатора на радиальное биение (допустимое отклонение 0,01 – 0,02 мин). На биение проверяется и фрезерная оправка. В зависимости от класса точности нарезаемого колеса допускаемое биение оправки может колебаться в пределах от 0,015 до 0,06 мм. Обработка может производиться за несколько проходов. Фрезерный суппорт поворачивается относительно горизонтального положения на угол подъема витков червячной фрезы (рис. 3.3, а).

21

Для нарезания прямозубых цилиндрических колес необходимы три движения: главное движение резания; вращение заготовки (стола) связанное с вращением фрезы цепью обкатки; движение вертикальной подачи фрезы. Главным движением на станке является вращение червячной фрезы. Уравнение кинематического баланса цепи, передающей вращение от вала электродвигателя МI (рис. 3.4) фрезерному шпинделю имеет вид (3.1)* n эд ... 0 ,95 ... i КС ...... = nФ , где iКС - передаточное отношение коробки скоростей; nф – частота вращения червячной фрезы, об/мин; 0,95 – коэффициент, учитывающий скольжение ременной передачи;

nф =

1000 ⋅ V , π ⋅dф

(3.2)

где V – скорость резания, м/мин; dф – диаметр фрезы, мм. Скорость резания выбирается по справочникам. При встречном фрезеровании V = 20 – 30 м/мин; при попутном фрезеровании табличное значение V может быть увеличено на 20 – 25 %. Коробка скоростей имеет один тройной и один двойной зубчатых блока (см. рис. 3.4) и обеспечивает 12 ступеней частот вращения: 6 ступеней при nэд = 1400 об/мин и 6 ступеней при nэд = 2800 об/мин (табл. 3.2). Таблица 3.2 Частоты вращения фрезы nф при различных частотах вращения вала электродвигателя nэд, об/мин n'ф, об/мин 1400

15

19

24

60

75

95

2800

30

38

48

120

150

190

Переключение блоков производится рукоятками 20 и 21 (см. рис. 3.1). По рассчитанному значению nф из табл. 3.2 выбираем ближайшее меньшее фактическое ее значение n'ф. Затем, подставив в (3.1) значения nэд; n'ф и др. , определим зубчатую пару в коробке скоростей ( iКС ), которая будет включена в каждом конкретном случае. ________________________________

*) При выполнении лабораторной работы в уравнения вместо точек необходимо подставлять диаметры шкивов, числа зубьев кинематических пар и т. д.

22

Рис. 3.3. Схема расположения заготовки и червячной фрезы при нарезании: а) цилиндрических колес с прямыми зубьями; б) цилиндрических колес с винтовыми зубьями; в) червячных колес методом радиальной подачи фрезы; г) червячных колес методом осевой подачи фрезы

Рис. 3.4. Кинематическая схема зуборезного станка FO - 6

23

24

При выборе n'ф необходимо следить, чтобы частота вращения делительного червяка в приводе стола, (передача 1/96) не превышала 750 об/мин, т. е. должно выполняться условие

n ф′ ≤

10 ⋅ Z K , K

(3.3)

где ZK – число зубьев нарезаемого колеса; К – число заходов фрезы. Движение обкатки это согласованное вращение фрезы и заготовки (стола станка). Вращение столу передается с вала IV через зубчатую пару 46/46, дифференциал, гитару обкатки а- b - c - d ( iобк ), червячную пару 1/96. Уравнение кинематического баланса цепи обкатки имеет вид I об .фр . .......... ... iдиф . ⋅ iоб . .......... . =

K об . заг . ZK

(3.4)

При нарезании прямозубых цилиндрических колес и червячных колес методом радиальной подачи дифференциал отключается, поэтому передаточное отношение iдиф = I . Решая уравнение (3.4) относительно iобк , получим формулу настройки двухпарной гитары обкатки. a c K (3.5) iобк . = ⋅ = 12 ⋅ . b d

ZK

Вертикальная подача суппорта сообщается от вала XI по цепи: зубчатые колеса 38 – 30, коробку подач, червячную пару 1/24, червячную пару 2/24, ходовой винт t = 8 мм. Цепь вертикальной подачи настраивается так, чтобы за один оборот заготовки (стола) фреза переместилась вдоль оси заготовки на заданную величину подачи Sв. Уравнение кинематического баланса цепи, связывающей вращение стола (заготовки) с вращением ходового винта вертикальной подачи суппорта имеет вид I об . заг .

96 38 2 I ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ iКП ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅⋅⋅⋅⋅⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ t Х . В. = Sв мм / об. 24 24 I 30

(3.6)

где iКП – передаточное отношение зубчатых пар коробки подач, находящихся в зацеплении. Коробка подач (см. рис. 3.4) имеет один двойной блок и два тройных зубчатых блока и обеспечивает девять подач суппорту в одном направлении (сверху вниз) и девять подач в обратном направлении (снизу вверх). Величины подач Sв, мм/об: 0,33; 0,47; 0,66; 0,92; 1,32; 1,82; 2,62; 3,75; 5,24.

25

Таблица 3.3. Схема к настройке станка для нарезания прямозубых и червячных зубчатых колес

Направление винтовой линии фрезы

Положение рукоятки реверс. эл. двиг.

Установка фрезы и направления вращений фрезы и заготовки

Схемы установки сменных колес в гитаре обкатки

Правое

Левое

Правое

Левое

_____________________________________ *) Число зубьев сменного (паразитного) колеса "е" не рассчитывается

Положение рукоятки изменения направления подачи

26

Изменение направления вертикальной подачи осуществляется путем переключения двойного блока, расположенного на валу XIII. Решающими факторами, влияющими на выбор подачи при зубофрезеровании являются шероховатость и точность обработки. При черновом нарезании зубьев применяют большие, а при чистовом нарезании – меньшие подачи. При чистовом нарезании зубчатых колес с модулем m < 1,5 мм и m = 1,5 + 3,5 подача не должна быть меньше, соответственно 0,5 и 1,0 мм/об, т. к. дальнейшее уменьшение подачи снижает стойкость фрез. Быстрые (холостые) подачи суппорту сообщаются от электродвигателя М2. При настройке станка для нарезания прямозубых цилиндрических колес нужно руководствоваться также схемами, приведенными в табл. 3.3. 3.6.2 Нарезание цилиндрических колес с винтовыми зубьями При фрезеровании косозубых цилиндрических колес вращательное движение стола состоит из основного, определяемого отношением числа заходов фрезы к числу зубьев нарезаемого колеса, и дополнительного, зависящего от величины угла наклона зубьев. Представим себе начальный цилиндр заготовки такой длины (рис. 3.5), чтобы на нем разместился полный виток зуба. Сделав развертку спирали на плоскости, получим прямоугольный треугольник а - в - с, где Т – шаг нарезаемой спирали; β – угол наклона зуба к оси заготовки; ДНАЧ. – начальный диаметр. Если при нарезании прямозубого колеса за один оборот заготовки фреза перемещается по вертикали на величину вертикальной подачи Sв из точки I в точку 2, то при нарезании колеса с винтовым зубом фреза должна переместиться из точки I в точку 2'. Как видно из рисунка, для обеспечения этого условия необходимо, чтобы заготовка повернулась дополнительно на величину ∆Х. За второй оборот заготовки фреза перемещается по вертикали на величину Sв из точки 2 в точку 3', для чего заготовка должна снова повернуться на величину ∆Х и т. д. Если взять сумму Sв, то получим величину шага Т, т. е. Σ Sв = T, а сумма Σ ∆Χ = π · ДНАЧ.. Отсюда следует, что для получения винтовых зубьев необходимо, чтобы за время опускания фрезы по вертикали на величину шага Т нарезаемой спирали, заготовка совершала ± I дополнительный оборот. Дополнительное вращение заготовки обеспечивает кинематическая цепь дифференциала. Уравнение кинематического баланса цепи, связывающей вертикальную подачу суппорта с дополнительным вращением заготовки, запишется следующим образом:

27

24 I T = I об. заг., ...... i ВИНТ ....... i диф. ⋅ i обк . ....... 2 96 t хв T=

π ⋅ Д НАЧ . π ⋅ mT ⋅ Z K π ⋅ m H ⋅ Z K = = ; sin β tgβ tgβ

(3.7)

где

iВИНТ. – гитара винторезной цепи; iдиф. – передаточное отношение дифференциала (в этом случае iдиф. = 2); iобк. = 12 К/ZK ; mT = mH/соsβ – торцовый модуль; mH – нормальный модуль. Решая уравнение (3.7) относительно iВИНТ. находим формулу для ее настройки

i ВИНТ . =

а1 с1 5,96831 ⋅ sin β ⋅ = в1 d 1 mH ⋅ K

.

(3.8)

Из анализа формулы (3.8) следует, что число зубьев сменных колес в гитаре дифференциала (винторезная гитара) не зависит от числа зубьев нарезаемого колеса ZK. Поэтому, при нарезании, например, пары колес с винтовыми зубьями, входящих между собой в зацепление, можно использовать один набор сменных колес, благодаря чему достигаются одинаковые, математически точные углы наклона зубьев, независимо от того, насколько точно установлен под углом фрезерный суппорт. При нарезании цилиндрических колес с винтовыми зубьями (косозубых колес) ось фрезы устанавливается под углом γ = (ω ± β) по отношению к торцу заготовки (см. рис. 3.3, б); γ = (ω + β) - при разноименных направлениях винтовых линий у нарезаемого колеса и фрезы; γ = (ω - β) - при одноименных направлениях винтовых линий. Гитара обкатки рассчитывается как и при нарезании прямозубых колес по формуле (3.5). Схемы к различным вариантам настройки для нарезания колес с винтовыми зубьями представлены в табл. 3.4. 3.6.3. Нарезание червячных колес Нарезание зубьев червячных колес методом обкатки (червячномодульной фрезой) можно производить при радиальной или осевой подаче инструмента (рис. 3.3, в, г и табл. 3.3). Обработка с радиальной подачей осуществляется при одновременном вращательном движении червячной фрезы, радиальном ее перемещении (подача фрезерной стойки в сторону заготовки) и вращательном движении заготовки, согласованном с вращением фрезы (движение обкатки).

28

Рис. 3.5. К объяснению процесса нарезания зубчатых колес с винтовыми зубьями

Рис. 3.6. Схемы нарезания червячных колес методом осевой подачи

29

Червячная фреза относительно зубчатого венца обрабатываемого колеса должна быть расположена симметрично (см. рис. 3.3. , в и табл. 3.3). Оси фрезы и колеса должны быть перпендикулярны. Межцентровое расстояние между осями фрезы и колеса по окончании обработки должны равняться межосевому расстоянию «А» червячной передаче, для которой предназначено нарезаемое колесо. Расчет зубьев сменных колес гитары обкатки (iобк) производится по формуле (3.5), как и при нарезании прямозубых цилиндрических колес. Цепь радиальной подачи настраивается так, чтобы фрезерная стойка с суппортом перемещалась на величину Sr за каждый оборот заготовки (1 об.заг. → Sr мм суппорта). Уравнение кинематического баланса цепи, связывающей вращение заготовки (стола) с вращением ходового винта радиальной подачи суппорта имеет вид: I I 96 38 I об. заг. ⋅ ....... i KП ⋅ ....... ⋅ t хв = S r мм / об (3.9) I 30 24 23 Значения радиальной подачи соответствует приблизительно 1/3 значений вертикальных подач, указанных на лимбе (Sr = 0,11; 0,16; 0,22; 0,31; 0,43; 0,66; 0,87; 1,25; 1,75 мм/об). Величина Sr при модуле m = 3 : 12 мм выбирается в пределах 0,55 : 1,0 мм/об. Обработка с осевой подачей (см. рис. 3.3, г) осуществляется при одновременном вращательном движении фрезы, её осевом перемещении (движение подачи S0 ), вращательном движении заготовки, согласованном с вращением фрезы (движение обкатки) и дополнительном вращательном движении заготовки, согласованном с осевым движением фрезы. Ось фрезы должна совпадать с осью симметрии зубчатого венца обрабатываемого колеса. Оси фрезы и колеса должны быть перпендикулярны и расположены на расстоянии равном межцентровому расстоянию «А» червячной передачи, для которой предназначено нарезаемое колесо (см. рис. 3.3, г). Этот способ позволяет нарезать колеса более высокой степени точности, так как инструмент предварительно устанавливается на нужное межосевое расстояние. В качестве инструмента применяется червячная фреза с конусом или одинарный резец (рис. 3.6). Гитара обкатки ( iобк ) встраивается как и при нарезании цилиндрических колес по формуле (3.5). Дополнительное вращение заготовки, обусловленное осевой подачей фрезы сообщает кинематическая цепь дифференциала. При настройке гитары дифференциала ( iВИНТ. ) исходят из того, что фреза при осевом перемещении, подобно рейке, должна доворачивать нарезаемое колесо дополнительно к его вращению, вызываемое вращением фрезы.

30

Таблица 3.4. Схемы к настройке станка для нарезания цилиндрических колес с винтовыми зубьями Установка фрезы и направления вращений фрезы и заготовки

Схемы установки сменных колес в гитаре обкатки

Положение рукоятки для изменения направления подачи

Правое

Положение рукоятки реверс. эл. двиг.

Левое Правое

Левое

Левое Левое

Правое

Правое

Направление винтовой линии фрезы фреколеса зы

*) Число зубьев сменного (паразитного) колеса «е» не рассчитывается

Положение рукоятки изменения направления подачи

31

Если фрезу переместить вдоль оси на величину торцового шага колеса tS , то ходовой винт осевой подачи t = 4 мин (см. рис. 3.4) повернется на tS /4 оборотов, а заготовка на I/ZК оборота. Принимая винт осевой подачи за начальное звено, а стол станка за конечное напишем уравнение кинематического баланса. t S 35 30 40 25 I 1 ⋅ ...... ⋅ ⋅ ⋅ i ВИНТ . ⋅ i диф. ⋅ i обк . ⋅ = об. заг., t хв I I 30 20 96 Z K

(3.10)

t S = π ⋅ m H / cos β ; i диф. = 2; i обк . = 12 К / Z K . Решая уравнение (3.10) относительно iВИНТ. , получим формулу для настройки гитары дифференциала, обеспечивающей в данном случае, необходимую зависимость осевой подачи фрезы с доворотом заготовки.

где

i ВИНТ . =

a1 с1 2,78521 ⋅ = в1 d 1 m OC ⋅ K

(3.11)

4. УСТРОЙСТВО НЕКОТОТОРЫХ УЗЛОВ СТАНКА 4.1. ДИФФЕРЕНЦИАЛ Схема дифференциала представлена на рис. 4.1 и 3.4. Основные детали дифференциала: ведущее коническое колесо I (23) жестко сидящее на валу 2 (IХ), сателлитное коническое колесо 3 (24) свободно посаженное на ось 4 водила 5; ведомое коническое колесо 6, жестко соединенное с валом 7, червячное колесо 8 свободно сидящее на корпусе водила 5, которое, в свою очередь, свободно сидит на валу 7 (Х). При обработке цилиндрических колес с прямыми зубьями и червячных колес методом радиальной подачи, дифференциал отключается. Для этого на шлицевый вал 7 устанавливается кулачковая муфта М1 (см. рис. 4.1, а), которая жестко соединяет водило с ведомой шестерней дифференциала. В результате этого, при передаче вращения от шестерни I дифференциал работает как жесткий вал и его передаточное отношение iдиф. =1. Червячное колесо дифференциала 8 свободно сидит на корпусе водила и не передает (в этом случае) вращение на него. При обработке цилиндрических колес с винтовыми зубьями и червячных колес методом осевой подачи, в кинематическую схему должен быть включен дифференциал. С этой целью на вал 7 устанавливается свободно сидящая кулачковая муфта M2 (см. рис. 4.1, б). Кулачки этой муфты жестко соединяют червячное колесо дифференциала с корпусом водила. В этом случае при передаче движения с червячного колеса на вал 7, дифференциал работает с передаточным отношением iдиф. = 2, сообщая валу 7 дополнительное вращение по кинематической цепи дифференциала.

32

Рис. 4.1 Схема настройки дифференциала а) при нарезании прямозубых и червячных колес; б) при нарезании колес с винтовыми зубьями

33

Вращение с ведущего колеса дифференциала 1 на ведомое колесо 6 и на вал 7 передается как и при отключенном дифференциале, с той лишь разницей, что при этом изменяется направление вращения вала 7, оно становится противоположным направлению вращения ведущего колеса. 4.2. МЕХАНИЗМ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫКЛЮЧЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И ПРОДОЛЬНЫХ ПОДАЧ Механическая подача фрезерного суппорта (вертикальная подача) и стойки (радиальная подача) может автоматически выключаться при помощи переставных упоров. Для 1 включения вертикальной подачи предусмотрены два упора 1, 2 (рис. 4.2) управляющие выключателями 3, 4 посредством рычага 5. При срабатывании одного из конечных выключателей происходит отключение двигателя быстрых перемещений М2 (если был включен) и двигателя главных двигателей М1. Для выключения радиальной продольной подачи предусмотрен упор 1 (рис. 4.3), управляемый штифтом 2. При набегании штифта на упор штанга 3 выполняет осевое движение и тем самым размыкает выключатель 4, отключающий двигатель главного движения М1 и двигатель быстрых перемещений М2 (если был включен). В этом случае кнопка 6 (рис. 3.2) работает. Дальнейшее пользование механической подачей возможно только после нажатия кнопки 5 (рис. 3.2), т. е. на обратное направление. При пользовании кнопкой 5 необходимо соблюдать осторожность, т. к. быстрое перемещение вправо не может выключаться упорами. Продольная механическая подача стойки, настроенная на определенное расстояние, должна быть отрегулирована так, чтобы выключение происходило не менее чем за 2 мм от нужного положения. Для предотвращения одновременного включения рабочей подачи и быстрого перемещения имеется блокировочный конечный выключатель 5 (рис. 4.3), который обеспечивает включение электродвигателя M2 лишь в том случае, когда червяк 29 (см. рис. 3.4) выведен из зацепления с червячным колесом 28 с помощью рукоятки 6 (см. рис. 4.3 и рис. 3.1). Эта рукоятка поворачивает штангу 3, на которой закреплен кулачок 7, воздействующий на выключатель 5. Включение вертикальной, радиальной или осевой подачи суппорта осуществляется с помощью кулачковых муфт M1 и M2 (см. рис. 3.4). 5. НАСТРОЙКА КИНЕМАТИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ Независимо от сложности станка методика кинематической настройки одинакова и состоит в подборе сменных зубчатых колес гитар. Известны несколько методов подбора сменных колес, которые можно разделить на точные и приближенные.

34

Рис. 4.2 Механизм автоматического выключения вертикальной подачи

Рис. 4.3 Механизм автоматического выключения продольной (радиальной) подачи

35

Точный метод подбора состоит в том, что числитель и знаменатель передаточного отношения гитары, представленного простой дробью, разлагают на простые множители, а затем умножением (делением) числителя и знаменателя на одно и то же число образуют числа зубьев сменных колес, имеющихся в комплекте. 8 4 2 40 60 Например, iобк . = = ⋅ = ⋅ . 15 5 3 50 90 Часто не удается осуществить точный подбор сменных колес из комплекта, поэтому применяют приближенные способы подбора. При анализе погрешности настройки определяют абсолютную и относительную погрешности. Абсолютная погрешность ∆іХ есть разность между полученным iХ1 и заданным iХ передаточными отношениями. Относительная погрешность σ есть отношение абсолютной погрешности к заданному передаточному отношению, т. е. iX1 − iX (5.1)

δ =±

iX

⋅ 100%.

Относительная погрешность настройки формообразующих цепей зуборезных станков должна составлять не больше 0,01 % от заданного передаточного отношения. Подбор сменных зубчатых колес производят с помощью логарифмической линейки по таблицам /5/ и на ЭВМ. 5.1. РАСЧЕТ ЧИСЕЛ ЗУБЬЕВ СМЕННЫХ КОЛЕС НА ЭВМ В библиотеке кафедры имеется алгоритм и программа расчета чисел зубьев сменных колес гитар на ЭВМ. Программа написана на языке «Бэйсик» и позволяет производить расчет однопаровой и двухпаровой гитар сменных колес зубофрезерных станков при настройке их на нарезание шлицевых валов и зубчатых колес с числом зубьев от 6 до 150. Расчет начинается с ввода в машину передаточного отношения, определенного в каждом конкретном случае по формулам: (3.5); (3.8) или (3.11) с точностью не менее 4-х знаков после запятой. Необходимо ввести также условный знак вывода результатов расчета: (0) - на экран дисплея; (I) – на дисплей и на печать (на бумагу). Программа составлена так, что вначале ЭВМ рассчитывает все возможные варианты однопаровой гитары с точностью ± 0,01 %. Если из прилагаемого набора зубчатых колес (см. табл. 3.1) нельзя подобрать однопаровую гитару с заданной точностью, то ЭВМ автоматически переходит к расчету двухпаровой гитары с учетом условий сцепляемости колес. В результате расче-

36

та, на дисплей (на печать) выводятся десять возможных вариантов подбора гитары, удовлетворяющих заданной точности. Из выданных ЭВМ 10 вариантов гитар наладчик может выбрать ту, в которой не используются зубчатые колеса уже задействованные в других гитарах станка. 5.2. СИМВОЛЫ В ПРОГРАММЕ ЭВМ I – передаточное отношение, рассчитанное по формуле; S – допускаемое отклонение I, соответствующее точности ± 0,01 % от I; Z1, Z2 – числа зубьев сменных зубчатых колес в однопаровой гитаре; Z1, Z2, Z3, Z4 – числа зубьев сменных зубчатых колес в двухпаровой гитаре; А – предварительное значение Z1; D – предварительное значение Z4; J – передаточное значение рассчитанной гитары зубчатых колес; G – относительная погрешность J и I выраженная в %; L – число вариантов однопаровой гитары; N – число вариантов двухпаровой гитары; V– приращение значения Z1; Е, F – соответственно min и max значение Z2 с учетом условия зацепления. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА - уравнения кинематического баланса и вывод формул настройки гитар формообразующих цепей iобк. и iвинт. ; - численное значение зубьев сменных шестерен гитар; - кинематическая схема одной из формообразующих цепей; - уравнения кинематического баланса цепи подачи (вертикальной, радиальной или тангенциальной). КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Назначение станка и его основных узлов. 2. Способы нарезания цилиндрических и червячных колес. 3. Составить уравнение кинематического баланса цепи главного движения по кинематической схеме. 4. Чем отличается встречное фрезерование от попутного? 5. Составить УКБ цепи обкатки. 6. Составить УКБ цепи подач при обработке цилиндрических колес. 7. Каким образом происходит выключение вертикальной подачи? 8. Составить УКБ цепи радиальной подачи при обработке червячных колес. 9. Как происходит автоматическое выключение радиальной подачи при обработке червячных колес?

37

10. Составить УКБ цепи дифференциала при нарезании косозубого колеса. 11. Как нужно установить суппорт для нарезания косозубых колес при следующих условиях: а) винтовые линии фрезы и заготовки – правые; б) винтовая линия фрезы – правая, а заготовки – левая; в) винтовая линия фрезы – левая, а заготовки – правая. 12. Какие звенья настройки станка влияют на точность формирования зубьев колеса? 13. Как изменится настройка станка при замене правой червячной фрезы на левую? 14. Как установить глубину фрезерования? 15. Каким образом можно повысить производительность зубофрезерного станка? 6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И НАЛАДКА МНОГООПЕРАЦИОННОГО СТАНКА МОД. МС12 - 25 ОМ 6.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучение устройства станка, его кинематики, особенностей конструкции, получение практических навыков в наладке станка. 6.2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ - изучить и уметь объяснить устройство станка и конструкцию его основных узлов; - изучить и уметь объяснить устройство магазина смены инструмента и конструкцию его основных узлов; - ознакомиться с пультом управления станком; - произвести наладку станка на обработку детали по программе; - составить отчет. 6.3. ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ - многооперационный станок мод. МС12 - 25 ОМ; - устройство ЧПУ «Размер 2М»; - набор оправок и инструмента для магазина

38

6.4. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ СТАНКА Многоцелевой станок с автоматической сменой инструмента и программным управлением модели МС12 - 25 ОМ предназначен для выполнения разнообразных работ (сверления, рассверливания, зенкерования, развертывания, нарезания резьб, производства расточных и легких фрезерных работ по обработке прямоугольных контуров и т.д.) последовательно несколькими инструментами в автоматическом цикле с установкой изделия относительно оси шпинделя. Информация для работы станка вводится на перфоленте стандартным кодом ISO - 7 bit. Станок целесообразно использовать в серийных цехах основного производства приборостроительной промышленности. Класс точности станка – П по ГОСТ 8 – 82. 6.4.1. Техническая характеристика станка: Диаметр планшайбы поворотного стола, мм .....……………………….…........ 250 Количество фиксированных позиций поворотного стола ……………………... 24 Точность установки поворотного стола, угл. сек …….…………………....……± 5 Координатные перемещения: салазок – "X", мм ....……………...………………........……….……….. 250 суппорта – "У", мм ......……………..……………….……...……........... 280 шпиндельной головки – "Z", мм ………………………..............…....... 200 ( из них 72 мм используются для смены инструмента ) Конус шпинделя 7 : 24 ...................…………….....………………. ГОСТ 15945–82 Расстояние от основания станка до оси шпинделя, мм ....…………………... 1340 Количество инструментов в магазине .........…………………….………........... 20 Наибольший диаметр инструмента, установленного в магазине, мм …........... 57 Количество скоростей шпинделя .....………………................………………..... 12 Частота вращения шпинделя, об/мин .. …………….45, 63, 90, 125, 180, 250, 355, 500,710,1000,1400,2000 Мощность привода главного движения, кВт .……………….......…………...... 2,2 Скорости быстрых перемещений не менее, м/мин

39

салазок (X) ....………………….……………………..... 2,4 суппорта (У) ………………………………….….......... 2,4 шпинделя головки ( Z ) ……….……....……………… 2,4 Скорости рабочих подач салазок, суппорта, шпиндельной головки, мм/мин ……………... 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000 Мощность приводов подач, кВт ……………………...……............................... 0,55 Точность позиционирования по координатам Х, Y, Z, мм ………………....... 0,03 ( при подходе с одной стороны ) Наибольший допустимый крутящий момент на шпинделе станка ( = 45 об/мин ), Нм ....…………….................…………………………............ 50 Наибольший диаметр сверления по стали, мм ...……………..……………....... 12 Наибольший диаметр растачиваемого отверстия, мм .………………………... 60 Наибольшее время смены инструмента в шпиндельной головке, С .........………5 Масса станка , кг ............………….................……………………………......... 2000 Наибольшая масса детали с приспособлением, кг ......……………....………… 25 6.5. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ОСНОВНЫХ УЗЛОВ СТАНКА Станок состоит из следующих основных узлов (рис. 6.1): стола I, суппорта 2, головки шпиндельной 3, инструментального магазина 4, кантователя 5, автооператора 6, шпинделя 7, датчика обратной связи 8, пульта управления 9, редуктора привода подач 10, станины II. В верхней части станины расположена коробка скоростей станка, позволяющая сообщить шпинделю 12 различных чисел оборотов в пределах от 45 до 2000 об/мин . Привод главного движения осуществляется от двигателя МI (N = 2,2 кВт; n = 1420 об/мин) через клиноременную передачу, перебор (Z =53), тройной передвижной блок (Z = 25, Z = 37, Z =23) и двойной передвижной блок (Z = 35, Z = 42), рис. 6.2. В коробке скоростей расположен также привод ориентации шпинделя. Этот привод служит для ориентации шпинделя при автоматической смене инструмента (чтобы инструментальная справка и шпиндель в момент смены инструмента занимали в пространстве строго фиксированное положение). Привод ориентации осуществляется от электродвигателя M5 (N =50 Вт; n = 3000...3600 об/мин) через червячную пару 1:56 на вал, соединенный с червячным колесом Z = 56 электромагнитной муфтой ЭМI

40

Рис. 6.1. Общий вид станка мод. МС12 - 25 ОМ

41

. С этого вала через передачи 42 : 45 и 45 : 53 вращение передается на шпиндель, который получает «вялое» вращение (n = 60–120 об/мин). По сигналу с ЧПУ электромагнитная муфта фиксирует шпиндель в заданном положении. Редукторы привода подач координатных перемещений по осям Х, У и Z существенных конструктивных различий не имеют (рис. 6.2). Конструкция привода редуктора обеспечивает выборку люфта в кинематической цепи. Привод редуктора осуществляется от двигателя типа ДТ - 550 ПГ (N= 550 Вт; n =6000 об/мин) через соединительную муфту, шестерни Z=19, Z=31, Z=25, Z=31 на два червяка Z=4, вращающихся в разные стороны, и на червячное колесо Z=25, соединяющееся шлицами с винтом соответствующего координатного перемещения. Выборка люфта в кинематической цепи редуктора осуществляется поджатием пружины (на рис. 6.2 не показаны ) с усилием 250 Н, воздействующими на нижний червяк, который через червячное колесо и верхний червяк замыкает силовую цепь. Смазка шестерен и подшипников коробки скоростей, а также шестерен редуктора приводов подач производится централизовано от станции смазки. На пульте управления I (рис. 6.3) размещены кнопки 2 и 3, предназначенные для включения и отключения СОЖ; кнопки 15 и 16 служат для управления кантователем в ручном режиме; сигнальная лампа 5 указывает на подключение станка к сети; кнопка 6 – «Общий стоп» служит для отключения станка от сети; переключатель 4 предназначен для выбора координаты перемещения подвижных органов: Х – салазок, Y – суппорта, Z – шпиндельной головки; ручка 13 – для выбора скоростей подвижных органов по координатным перемещениям X, Y, Z; кнопки 12 и 14 служит для выбора направления перемещения подвижных органов по координатным перемещениям X, Y, Z; кнопки 9, 10, 11 служат для пуска и останова шпинделя, движение "влево" - вращение по часовой стрелке (если смотреть с переднего торца шпинделя); кнопка 7 служит для поворота магазина, т. е. для выбора нужного инструментального гнезда; тумблер 8 служит для выбора режима поворота магазина. Режим «Непрерывно» осуществляется постоянным нажатием кнопки 7. Датчик обратной связи предназначен для слежения в ЧПУ за положением подвижных органов станка: шпиндельной головки, суппорта и салазок в процессе работы. Станок оснащен абсолютной позиционной системой ЧПУ «Размер 2М». Датчики обратной связи (ДОС) для различных координат конструктивно одинаковы и представляют собой четырехразрядные декадные устройства с дискретностью отсчета 0,01 мм. Устройство состоит из четырех сельсинов, кинематически связанных между собой цилиндрическими шестернями с i = 10, рис. 6.4. Поскольку устройства декадные, второй и первый сельсины измеряют соответственно целые и десятки целых миллиметров перемещения, а третий и четвертый сельсины измеряют соответственно десятые и сотые доли миллиметра.

42

Рис. 6.2. Кинематическая схема станка

43

Рис. 6.3. Пульт управления

Рис. 6.4. Датчик обратной связи

44

Сельсин конструктивно представляет собой электрическую машину с однофазной обмоткой возбуждения и трехфазной вторичной обмоткой, называемой обмоткой синхронизации (рис. 6.4). Напряжение питания U, пропорциональное заданному перемещению, подается от ЧПУ на роторную обмотку сельсина датчика Дн на двигатель ДВ , связанный через редуктор с ходовым винтом, на конце которого закреплен ротор сельсина приемника ПР. Статорные обмотки Д соединены со статорными обмотками ПР. Наведенные в обмотках статора Д ЭДС зависят от углового положения его ротора. Результирующий магнитный поток ПР индуктирует в обмотке его ротора ЭДС, зависящую также от его углового положения, вызванного поворотом ходового винта. Величина этого напряжения зависит от угла рассогласования между роторами Д и ПР. Угол рассогласования равен разности между угловыми положениями ротора датчика α и ротора приемника β , т. е. φ = β – α. Если роторы датчика и приемника рассогласованы на угол 90°, то выходное напряжение будет UВЫХ = UМАХ sin φ. Такая зависимость является более целесообразной, т. к. в ней при согласованном положении роторов выходное напряжение равно нулю. 6.6. МЕХАНИЗМ СМЕНЫ ИНСТРУМЕНТА Механизм состоит из трех основных узлов (рис 6.5) : магазина, кантователя, автооператора, смонтированных на одной плите и связанных общим циклом с механизмом ориентации шпинделя и зажима инструмента в шпинделе. Механизм служит для смены инструмента в шпинделе станка в автоматическом цикле. Исходное положение механизма: рычаг автооператора – в горизонтальном положении; инструмент в кантователе – в горизонтальном положении; головка шпиндельная – в заднем положении; шпиндель – в сориентированном положении. Цикл смены инструмента: поворот рычага автооператора на 90˚ из горизонтального положения, захват инструмента в шпинделе головки и в кантователе; ход вперед рычага автооператора, вынос инструментов из шпинделя и кантователя; поворот рычага автооператора на 180˚, смена местами отработавшего и вновь вступающего в работу инструментов; ход назад рычага автооператора, подача инструментов в шпиндель головки и в стакан кантователя; поворот назад рычага автооператора на 90° в горизонтальное положение. Магазин служит накопителем инструмента и представляет собой диск с двадцатью прорезями, расположенными равномерно по окружности, в которые вставляются стаканы с инструментом. Диск вращается от электродвигателя M6 ( N = 55 ВТ; n =3600 – 4200 об/мин), рис. 6.5, червячную пару 1:60 и зубчатые пары 15:42 и 41:85.

45

Рис. 6.5. Кинематическая схема механизма смены инструмента

46

С шестерней Z=85 через зубчатые колеса Z=30, Z=18, Z=51 с передаточным отношением i =I связан вал сельсина С5 , который определяет номер позиции инструмента в исходном положении при работе с системой ЧПУ. Механизм кантователя выполняет функцию поворота инструмента из вертикального положения в горизонтальное, которое является начальным для производства смены инструмента. Кантователь состоит из двух губок, кинематически связанных между собой зубчатыми секторами с Z=22. Привод вращения правого сектора осуществляется от электродвигателя М7 (N=55 Вт; n=3000– 3600 об/мин), червячную пару I:60, зубчатые колеса I5:42, 26:4I и правый зубчатый сектор Z=22. Автооператор представляет собой кулачковый механизм, являющийся задающим звеном механизма смены инструмента, работающего по замкнутому циклу. Вращение на распределительный вал с кулачками KI и K2 передается от электродвигателя М8 (N=77 Вт; n=3000–3600 об/мин), через червячную пару I:60 и зубчатые пары 20:40 и 20:40. Вал I автооператора является исполнительным звеном и получает движение от кулачкового барабана (распредвала). Поворот вала автооператора на 90° и 180° осуществляется от кулачка КI , с замкнутым профилем посредством кронштейна КР , сектора Z=273 и шестерни Z = 24. В кулачке KI заложен поворот автооператора соответственно на 90° и 180°. Ход вала вперед и назад осуществляется от кулачка К2 через осевую тягу. 6.7. НАЛАДКА СТАНКА НА ОБРАБОТКУ ДЕТАЛИ Работы по наладке многооперационных станков с ЧПУ включает в себя: ввод коррекций на размеры инструмента и на режимы обработки; ориентирование и установку приспособлений и заготовок; зарядку считывающего устройства; пробную обработку первой детали. Одной из самых ответственных операций при наладке станка является определение начала отсчета и пересчет размеров от начала отсчета по координатам Х, У, Z , т. е. ориентирование и установка заготовок на столе станка. Положительное направление осей координат и привязка абсолютных нулей отсчета показано на рис. 6.7. За абсолютный нуль отсчета в системе принимается такая точка, в которой сигналы датчиков обратной связи равны нулям. В современных УЧПУ начало отсчета системы координат можно смещать в пространство (так называемый «плавающий нуль»). Положение начала управляющей программы (нуль программы) фиксируют смещением рабочих органов по соответствующим командам или вручную. Для этого на пульте УЧПУ имеется переключатель «Смещение 0». В частности, для рассматриваемого станка за начало отсчета по оси Х следует принять положение салазок, когда ось поворотного стола совпадает с осью шпинделя, т. к. заготовка симметричная. За начало отсчета по оси У следует принять такое положение заготовки, при котором расстояние от оси шпинделя до плоскости стола обеспечивало бы выполнение лю-

47

бой технологической операции обработки боковой поверхности заготовки (например, по рис. 6.7 для заготовки с размером К=60 мм расстояние от оси шпинделя до плоскости стола равно 90 мм, высота приспособления равна 90 мм). За начало отсчета по оси Z следует принять ближайший к шпинделю обработанный торец заготовки. Для проверки результатов наладки оператор может обработать в размер крайние (к инструменту) поверхности заготовок и затем сбросить в нуль показания цифровой индикации. После этого, отведя в нуль рабочие органы станка, рассмотреть показания цифровой индикации по каждой из координат как сумму величин, где первая величина – искомое расстояние между нулем станка и нулем программы (смещение нуля), а вторая – перемещение по программе от нуля программы до обрабатываемой поверхности (берется из карты наладки). СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет выполняется каждым студентом на бумаге формата А4 (двойной тетрадный лист), с указанием наименования и цели работы, даты ее выполнения, фамилии, инициалов и номера группы студента. Содержание отчета должно включать: - эскиз заготовки в масштабе согласно конкретному варианту (см. рис. 6.7), выбор начала отсчета (плавающий нуль) относительно конкретных осей Х, У, Z и нанесение его на эскиз заготовки; - нанесение размеров от начала отсчета по каждой координате до обрабатываемых поверхностей, т. е. до боковых плоскостей заготовки и осей высверливаемых отверстий (по заданию преподавателя); - краткие выводы и ответы по контрольным вопросам. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Дать определение многооперационного станка. 2. Какие виды механической обработки может выполнять многооперационный станок? 3. В условиях какого производства (по серийности) целесообразно использовать многооперационные станки? 4. Какими конструктивными элементами многооперационные станки отличаются от станков общего назначения? 5. Дать определение магазина смены инструмента. 6. Какие бывают магазины смены инструмента? 7. Какой тип магазинов смены инструмента используется в станке МС12-25ОМ и почему? 8. Рассказать, как осуществляется смены инструмента на рассматриваемом станке.

48

Рис. 6.7. Эскиз заготовки и варианты заданий

Номер варианта

Рис. 6.6. Схема расположения абсолютных нулей отсчета

А1

А2

В

С

Е

К

1

90

90

10

10

5

70

2

90

100

12

15

7

80

3

110

110

15

20

10

90

4

120

100

17

25

12

100

5

100

130

20

30

15

110

6

130

130

15

20

15

100

7

100

100

12

25

10

120

8

90

120

10

15

5

110

9

100

140

15

25

15

130

10

120

120

20

20

10

100

Размеры, мм

49

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Кедринский В. Н., Писманик К. М. Станки для обработки конических зубчатых колес, – М.: Машиностроение, 1967. – 583 с. 2. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов по специальностям «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты» / Г. Н. Сахаров, О. Б. Арбузов, Ю. Л. Боровой и др. – М.: Машиностроение, 1989. – 328 c. 3. Сандаков М. В. Таблица для подбора шестерен. – М.: Высшая школа, 1972 – 272 с. 4. Петрик И. И., Шишков В. А. Таблицы для подбора зубчатых колес – М: Машиностроение. 1964. – 257 c.