Зубофрезерный станок

Полезная модель относится к станкостроению и предназначена для изготовления зубчатых колес фрезерованием методом обката червячной фрезой зубьев цилиндрических и червячных колес в условиях мелкосерийного и серийного производства. Конструкция станка содержит станину-основание, на которой закреплена суппортная стойка с направляющими, на которых установлена каретка с фрезерным суппортом для установки обрабатывающего инструмента. Станина имеет горизонтальные направляющие, на которых установлен стол для обрабатываемой детали. На столе также закреплена задняя стойка, снабженная контрподдержкой заготовки детали. Станок снабжен средствами привода перемещения каретки, поворота суппорта, вращения и смещения инструмента относительно заготовки, вращения и перемещения стола, в качестве которых использованы высокомоментные электродвигатели, датчиками состояний этих узлов в процессе работы станка, устройствами фиксации подвижных механизмов на рабочих позициях, устройствами компенсации износа направляющих, устройствами дозированной подачи смазки, снабженных электромагнитными приводами и системой числового программного управления (ЧПУ). В систему ЧПУ вводится программа полного цикла обработки зубчатого колеса, причем датчики пространственного положения каретки, суппорта, инструмента и стола вырабатывают сигналы обратной связи для системы ЧПУ, которая через согласующие устройства воздействует на электроприводы указанных элементов станка. Кроме этого, программа станка содержит команды управления устройствами фиксации подвижных механизмов на рабочих позициях, компенсации износа направляющих и устройствами дозированной подачи смазки к направляющим скольжения и качения.

Предложенное конструктивное выполнение зубофрезерного станка позволяет значительно упростить его механическую часть, уменьшив количество настраиваемых пар зубчатого зацепления (гитар), опор качения, повысить надежность сопрягаемых пар трения и тем самым увеличить межремонтный период, а также повысить его производительность и технические характеристики. Кроме того, снижаются требования к квалификации оператора, обслуживающего станок. Предлагаемая конструкция полезной модели реализована в конструкции зубофрезерного станка 53Р50МФ6 Рязанского станкостроительного завода.

Предлагаемая полезная модель относится к станкостроению, а именно - к станкам для изготовления зубчатых колес фрезерованием, в том числе с помощью режущих инструментов, профиль которых соответствует профилю зуба колеса, прямых зубьев путем перемещения режущего инструмента относительно обрабатываемой заготовки с обкатывающим или огибающим движением по отношению к изготовляемым зубьям, а также зубчатых колес с криволинейными зубьями.

В машиностроении широко применяются зубчатые колеса, обеспечивающие наиболее надежный способ передачи движения в механизмах. Зубчатые колеса являются одними из сложных и точных деталей машин, для изготовления которых требуются станки со сложной наладкой. Зубообрабатывающие станки снабжаются точными и сложными механизмами, настройка которых требует расчетов и тщательной наладки, а их эксплуатация - высокой квалификации обслуживающего и ремонтного персонала.

Современное промышленное производство обладает значительным парком специальных станков [1] для изготовления разнообразных зубчатых колес, применяемых в машино- и станкостроении, автомобильной, авиационной и других отраслях промышленности.

Процесс изготовления зубчатых колес технологически сложен, требует кроме собственно фрезерования зубьев предварительной токарной обработки заготовки колеса, термообработки полученной детали, дополнительных операций, повышающих качество изготовления колес (например, шлифование), применения различного инструмента.

При нарезании зубчатых колес методом обкатки профиль режущих зубьев инструмента не совпадает с профилем нарезаемых зубьев колеса. Профиль получается путем обкатки его профилем зубьев инструмента, при этом обкатка происходит в процессе зацепления зубьев инструмента с нарезаемыми зубьями.

Этот метод позволяет получить более точный профиль зубьев, причем одним инструментом можно нарезать многие колеса данного модуля независимо от числа зубьев, поэтому этим методом изготавливаются колеса 3-8 степеней точности.

Основное технологическое время при изготовлении зубчатых колес занимает обработка заготовок на специальных зубофрезерных станках, в которое включается также время наладки станка (установка, выверка и крепление оправок, подставок, приспособлений, режущего инструмента, обрабатываемой детали, установка режущего инструмента на глубину фрезерования) и время настройки станка (настройка всех гитар, установка суппортов, копиров, ползунов, кулачков, ограничителей).

В станкостроении известны зубофрезерные станки для изготовления зубчатых колес [2], обеспечивающие обработку заготовки с использованием 6 управляемых координат перемещения обрабатывающего инструмента: координата А - поворот суппорта, координата В - привод обрабатывающего инструмента, координата С - вращение стола, координата Х - перемещение стола, координата Y - смещение оси обрабатывающего инструмента относительно обрабатываемой заготовки и координата Z - перемещение каретки.

В универсальном полуавтоматическом станке модели 53А50, относящемуся к вертикальным зубофрезерным станкам, предназначенным для изготовления в условиях мелкосерийного и серийного производства цилиндрических и червячных колес диаметром до 500 мм. методом обката, модулем зубьев до 8, шириной венца до 350 мм., использующему червячные фрезы диаметром до 225 мм. с частотой вращения 40-405 об/мин., изготавливаемом Егорьевским станкостроительным заводом [3] и принятым за прототип, задействованы все 6 координат, причем координата А - «поворот суппорта» обеспечивается вручную посредством механической передачи, а остальные 5 координат (В, С, X, Y, Z) - настраиваются с помощью наборов зубчатых колес (гитар).

Станок содержит станину, в которой размещены гидропривод, привод смазки, транспортер стружки, коробка главного привода и резервуары гидросистемы и системы охлаждения. С левой стороны станины на верхней ее плоскости закреплена стойка, в которой находятся механизмы гитар деления и дифференциала. По вертикальным призматическим направляющим стойки перемещается каретка с фрезерным суппортом. К передней стенке корпуса стойки прикреплена коробка распределения движения и пульт управления. С левой стороны станины в нижней ее части размещена коробка скоростей со сменными зубчатыми колесами гитары скоростей. Для установки заготовки детали служит стол, перемещаемый по горизонтальным направляющим станины. На корпусе стола установлена задняя стойка с контрподержкой для оправки заготовки. Смазка механизмов станка централизованная от ручного многоточечного насоса (лубрикатора).

Кинематическая схема полуавтомата имеет следующие основные цепи: главного движения, деления, дифференциала и подачи.

Цепь главного движения связывает вращение трехскоростного главного электродвигателя (n=735/985/1470 об/мин) с вращением инструмента.

Кинематическая цепь деления связывает вращение инструмента с вращением заготовки. За один оборот однозаходной червячной фрезы стол с заготовкой поворачивается на угол, соответствующий одному зубу нарезаемого колеса. Наладка деления производится при помощи гитары.

Кинематическая цепь дифференциала включается в работу при нарезании косозубых колес для создания дополнительного вращения заготовки. Наладка дифференциала производится при помощи сменных колес гитары.

Кинематическая цепь подачи связывает перемещение инструмента от ходового винта продольной или радиальной подачи с вращением заготовки. Перемещение инструмента рассчитывается в мм. на один оборот стола. Наладка величины перемещения производится при помощи сменных колес гитары, причем при одной установке сменных зубчатых колес гитары подач за счет различного сочетания цилиндрических передач коробки распределения

движения можно получить 4 различных величины радиальной или продольной подач.

Из вышеизложенного очевидно, что известный станок имеет сложную кинематическую схему из-за наличия большого числа зубчатых зацеплений и требует большого числа подготовительных (наладочных) операций (наладка гитар главного движения, деления, подач и дифференциала, установка инструмента и заготовки, установка суппорта на угол и упоров ограничения хода стола и каретки с инструментом), а применяемая кинематическая схема использует приводы повышенной мощности (8/10/12,5 квт). Кроме того, в известном станке отсутствуют средства компенсации износа в подвижных соединениях (в направляющих стола, каретки, ползушки суппорта), поэтому их износ устраняется только в процессе проведения плановых регулировок или капитального ремонта станка. Система смазки станка выполнена централизованной с приводом от ручного насоса (лубрикатора), что сказывается на снижении эффективности смазки отдельных узлов, усложнению обслуживания станка и перерасходу смазочных материалов.

Такое конструктивное выполнение кинематической схемы известного станка снижает его производительность, экономичность и надежность, увеличивает трудоемкость при выполнении операции фрезерования, а также отражается на качестве изготавливаемых зубчатых колес при обработке каждой последующей заготовки.

Целью предлагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что в известном зубофрезерном станке, содержащем станину, закрепленную на станине и снабженную направляющими суппортную стойку, размещенную на направляющих стойки каретку с фрезерным суппортом, горизонтальные направляющие станины с установленным на них столом с закрепленной на нем и снабженной контрподдержкой заготовки обрабатываемой детали задней стойкой, средства привода перемещения каретки, привода поворота фрезерного суппорта, привода

вращения и смещения оси обрабатывающего инструмента относительно заготовки обрабатываемой детали, привода вращения и перемещения стола, главный привод, системы смазки и охлаждения, в него дополнительно введены датчики приводов вращения обрабатывающего инструмента и смещения его оси относительно заготовки, датчики перемещения стола и поворота его вокруг вертикальной оси, датчик перемещения каретки и устройства фиксации подвижных механизмов, компенсации износа направляющих и дозирования подачи смазки к парам скольжения и качения и система числового программного управления (ЧПУ), при этом выходы датчиков каретки, обрабатывающего инструмента и стола соединены с входом системы ЧПУ, устройства фиксации подвижных механизмов, компенсации износа и дозирования смазки снабжены электромагнитными приводами, а выход системы ЧПУ через согласующие устройства соединен с приводами вращения обрабатывающего инструмента, перемещения оси инструмента относительно обрабатываемой заготовки, перемещения стола и вращения его вокруг вертикаль ной оси, перемещения каретки, устройств фиксации подвижных механизмов, компенсации износа направляющих и дозирования смазки.

В предлагаемой полезной модели количество зубчатых зацеплений сведено к минимуму за счет использования бесступенчатых электромеханических передач, что значительно упрощает кинематическую схему станка и снижает его себестоимость в производстве.

Предлагаемая полезная модель представлена на чертежах, где:

- на Фиг.1 показана кинематическая схема станка с элементами конструкции и системы управления,

- на Фиг.2 показан общий вид станка, вид спереди,

- на Фиг.3 показан вид на суппортную группу станка.

Станок содержит станину 1 (См. Фиг.1, 2), на которой закреплена суппортная стойка 2 с направляющими 3, на которых размещена каретка 4 с фрезерным суппортом 5. Станина 1 снабжена горизонтальными направляющими 6, на которых установлен стол 7 с закрепленной на нем задней стойкой 8. Задняя

стойка снабжена контрподдержкой 9, приводимой в рабочее положение механизмом 10 от гидроцилиндра 11. Стол 7 снабжен планшайбой 12, на которой закрепляется обрабатываемая деталь 13. В суппортной стойке 2 смонтированы привод 14 перемещения стола по координате »Х» с датчиком обратной связи 15, привод 16 вращения шпинделя (координата «С») с датчиком 17 и привод 18 перемещения каретки по координате «Z» с датчиком обратной связи 19.

На каретке 4 закреплен суппорт 5, обеспечивающий нарезание зубчатых колес диагональным и тангенциальным методом. На суппорте смонтированы привод 20 координаты «А» (поворот суппорта) с датчиком обратной связи 21, привод 22 координаты «В» (вращение фрезы) с датчиком обратной связи 23 и привод подачи 24 по координате «Y» (перемещение ползушки суппорта) с датчиком обратной связи 25.

Для ручного перемещения стола, вращения шпинделя стола, перемещения каретки, поворота суппорта, вращения фрезы при наладке и перемещения ползушки суппорта осуществляется ручными приводами 26, 27, 28, 29, 30, 31 соответственно. Сигналы от датчиков обратной связи 15, 17, 19, 21, 23, 25 поступают на вход системы ЧПУ 32, управляемой от пульта 33. Выход управляющих сигналов от ЧПУ поступает на входы 34 силовых преобразователей электродвигателей приводов по координатам «X», «С», «Z», «А», «В», «Y», электромагнитных преобразователей 35, 36, 37 устройств дозирования смазки, фиксации подвижных механизмов на рабочих позициях и устройствам компенсации износа направляющих соответственно, а также двигателя транспортера удаления стружки 38.

Приводы от двигателей к рабочим органам осуществляются ременными передачами непосредственно или через угловые и червячные редукторы.

Станок снабжен также упорами (на чертежах не показаны) для подачи сигналов по пути от подвижных органов - стола, ползушки суппорта, каретки, суппорта по координатам X, Y, Z, и А. В комплект упоров по каждой

координате входят линейки с пазами для упоров, сами упоры и путевые микропереключатели, выходы которых соединены с входом системы ЧПУ.

Упоры по координате «X» предназначены для:

- отключения перемещения стола при аварийном режиме;

- изменения скорости перемещения стола при выходе на нулевую позицию;

- для крайнего правого положения ползушки стола;

- для крайнего левого положения ползушки стола;

Упоры по координате «Z» предназначены для:

- отключения механизма подачи каретки при аварийном режиме;

- изменения скорости перемещения каретки при выходе на нулевую позицию;

- крайнего верхнего положения каретки;

- крайнего нижнего положения каретки.

Упоры по координате «А» предназначены для:

- отключения механизма вращения суппорта при аварийном режиме;

- изменения скорости вращения суппорта при выходе на нулевую позицию;

- крайнего положения при повороте на 45° угловых по часовой стрелке;

- крайнего положения при повороте на 45° угловых против часовой стрелки;

Упоры по координате «Y» предназначены для:

- отключения механизма подачи ползушки суппорта в аварийном режиме;

- для изменения скорости ползушки при выходе на нулевую позицию;

- для крайнего правого положения ползушки;

- для крайнего левого положения ползушки.

Станок снабжен защитными кожухами 39, 40 и экраном рабочей зоны 41.

Станок работает следующим образом.

Оператор подключает станок к питающей сети и проверяет положение и надежность крепления упоров: «0», ограничений хода, аварийных по

координатам X, Z, Y, и А, после чего станок настраивается на обработку детали. На планшайбу 12 стола 7 устанавливается заготовка детали 13 и фиксируется контрподдержкой 9, устанавливается режущий инструмент на суппорт, устанавливаются упоры по всем координатам (X, Y, Z, А) в нулевое положение, в систему ЧПУ вводятся данные состояния упоров, производится программирование системы ЧПУ согласно конструкторской документации, в режиме ручного управления проверяется работа всех механизмов, перемещение суппорта на рабочих и ускоренных ходах, работу системы смазки, устройств фиксации подвижных механизмов на рабочих позициях, после чего станок готов к работе. После изготовления первой детали контролируются размеры обработанных поверхностей детали и вводятся соответствующие коррекции в систему ЧПУ, после чего станок переключается на режим работы с ЧПУ.

Предлагаемая полезная модель качественно (значительно сокращено число зубчатых зацеплений, проще кинематическая схема) отличается от известных станков аналогичного назначения, имеет более простую конструкцию и, что очень важно, позволяет реконструировать уже эксплуатируемый парк станков при сравнительно незначительных затратах.

Предлагаемые технические решения использованы при разработке и проектировании на ОАО «РСЗ» станка 53А50МФ6 для серийного выпуска.

Библиографические ссылки:

1. Г.Г.Овумян, Я.И.Адам «Справочник зубореза», изд-во «Машиностроение», Москва, 1983 г., стр.39-42

2. Н.С.Ачеркан, А.А.Гаврюшин и др. «Металлорежущие станки», том 1, изд-е 2-е, изд-во «Машиностроение», 1965 г., стр.264-270.

3. Номенклатурный каталог «Универсальные металлорежущие станки», НИИ информации по машиностроению, Москва, 1983 г., стр.86.

1. Зубофрезерный станок, содержащий станину, закрепленную на станине и снабженную направляющими суппортную стойку, размещенную на направляющих стойки каретку с фрезерным суппортом, горизонтальные направляющие станины с установленным на них столом с закрепленной на нем и снабженной контрподдержкой задней стойкой, средства привода перемещения каретки, привода поворота фрезерного суппорта, привода вращения и смещения оси обрабатывающего инструмента относительно заготовки обрабатываемой детали, привода вращения и перемещения стола, главный привод, системы смазки и охлаждения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены датчики приводов перемещения каретки, поворота суппорта, вращения обрабатывающего инструмента и смещения его оси относительно заготовки обрабатываемой детали, перемещения стола и поворота его вокруг вертикальной оси, устройства фиксации подвижных механизмов на позиции обработки заготовки, компенсации износа направляющих и дозирования подачи смазки к парам скольжения и качения и система числового программного управления (ЧПУ), при этом выходы датчиков перемещения каретки и поворота суппорта, вращения инструмента и смещения его оси, перемещения и поворота стола соединены с входом системы ЧПУ, устройства фиксации подвижных механизмов, компенсации износа и дозирования смазки снабжены индивидуальными приводами, а выход системы ЧПУ через устройства согласования соединен с приводами перемещения каретки, поворота суппорта, вращения и перемещения оси обрабатывающего инструмента, перемещения стола и вращения его вокруг вертикальной оси, устройств фиксации подвижных механизмов, компенсации износа и дозирования смазки.

2. Зубофрезерный станок по п.1, отличающийся тем, что в качестве приводов перемещения каретки, поворота суппорта, вращения и перемещения инструмента, вращения и перемещения стола, использованы высокомоментные электродвигатели, а в качестве приводов устройств фиксации подвижных механизмов, компенсации износа направляющих и дозирования смазки использованы электромагнитные приводы.