Зубообрабатывающий станок
ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЙ СТАНОК для изготовления цилиндрических прямозубых и косозубых колес, конических прямозубых и червячных колес при заданном перемещении режущего инструмента относительно заготовки изделия во время нарезания, реализуемом посредством шести автономных кинематических цепей, при этом пять цепей имеют электроприводы, из которых четыре электропривода связаны между собой устройством ЧПУ.
Предлагаемая полезная модель относится к области изготовления зубчатых колес, в частности, к станкам для обработки цилиндрических прямозубых и косозубых, конических прямозубых и червячных колес при заданном перемещении режущего инструмента относительно обрабатываемой заготовки во время нарезания.
Из многообразия применяемых в промышленности металлообрабатывающих станков наиболее сложными являются станки для производства зубчатых колес, что обусловлено спецификой обрабатываемого изделия.
Так, множество зубьев на нарезаемом колесе должно быть идентично между собой, их боковые поверхности имеют двойную пространственную кривизну, во многих случаях головка и ножка зуба модифицируются и т.д., что достигается требуемыми пространственными перемещениями (в ряде случаев с переменной скоростью) инструмента и изделия за счет соответствующего конструктивного исполнения кинематических цепей станка, через которые приводы воздействуют на инструмент и изделие.
Примером могут служить станки моделей 5К32 (см. В.В.Лоскутов, А.Г.Ничков, "Зубообрабатывающие станки", М., Машиностроение, 1978, сс. 53-70), 5К32А, 5К324А, 5М32А (см. каталог-справочник "Металлорежущие станки", М., НИИМАШ, 1975, листы №№ 6.04.011, 6.04.027), см.
также авторские свидетельства СССР №1024189, дата подачи 23.03.82, МПК 3 B23F 5/22, №1298012, дата подачи 19.08.85, МПК 4 B23F 5/20, зубообрабатывающие станки по патентам США №2,996,958, дата подачи 20.06.1956, класс НКИ 90-4, и №3,107,579, дата подачи 29.01.1960, класс НКИ 90-4, и т.д.
Очевидно, что соблюдение требований, предъявляемых к геометрии зубьев, представляет собой сложную техническую задачу, решаемую известными станками формально путем построения кинематических цепей, которые по своему существу воспроизводят заложенную в них соответствующую программу.
Поэтому при современном уровне техники вполне логичным является воспроизведение этой программы не только через кинематические цепи, но и через систему числового программного управления (ЧПУ).
Зубообрабатывающие станки с ЧПУ известны, например, ряд станков фирмы "Хефлер" (Германия), Компании "Мицубиси" (Япония) и др.
Известные станки имеют традиционную для зубообрабатывающих станков компоновку, включающую смонтированные на станине подвижную инструментальную стойку и стол, несущий шпиндель изделия. Набор приводов по заданной программе, заложенной в систему ЧПУ, воздействует на инструментальный шпиндель и шпиндель изделия.
Следует отметить, что эти фирмы, как производители зубообрабатывающего оборудования, имеют опыт его создания порядка пятидесяти лет, и являются последователями узкого круга мировых фирм-монополистов, таких как, "Глисон" (США), "Клингельнберг" (Германия), "Эрликон" (Швейцария), "Пфаутер" (Германия), которые более столетия лидируют в области создания различных способов обработки зубчатых колес и изготовления всех видов оборудования для реализации этих способов. Именно эти фирмы внесли большой вклад в разработку законов формообразования зубьев, имеющих свою специфику и тонкости применения,
труднодоступные для понимания даже квалифицированных специалистов общего профиля в области металлообработки.
Поскольку неразумно пренебрегать опытом и знаниями, накопленными более чем за столетие, наиболее рациональным при производстве зубообрабатывающих станков с ЧПУ будет использование знаний, применяемых при производстве общеизвестных зубообрабатывающих станков с программами, заложенными в их кинематических цепях.
Примером зубообрабатывающего станка, в который целесообразно заложить этот принцип, может служить станок модели 53 All, один из группы (включающей также модели 53А50, 53А80) станков производства Егорьевского станкостроительного завода "Комсомолец" (см. С.Н.Калашников, А.С.Калашников "Изготовление зубчатых колес", М., "Высшая школа", 1986, стр.58, 59, руководство по эксплуатации станка).
Известный станок содержит смонтированные на станине подвижный стол, несущий заготовку изделия, инструментальную стойку, несущую подвижную каретку с установочно поворотно смонтированным суппортом, на котором установлен инструментальный шпиндель, и электроприводы, воздействующие на кинематические цепи станка, преобразующие вращательные, поворотные и поступательные движения изделия и инструмента.
Станок имеет четыре привода, связанные между собой и связывающие инструментальный шпиндель и шпиндель изделия посредством кинематических цепей, включающих четыре комплекта сменных шестерен: скорости резания, деления, дифференциала, подач, при этом количество кинематических цепей, участвующих непосредственно в нарезании зубьев на заготовке, равно семи: цепь главного движения, цепь деления, цепь дифференциала, промежуточная цепь, соединяющая привод подач с цепью вертикальной подачи, цепью радиальной подачи, цепью тангенциальной подачи (вспомогательные цепи, например, транспортера стружки,
в расчет не принимаются), содержащие порядка семидесяти взаимодействующих кинематических пар.
Из сказанного с неизбежностью следует вывод, что станок с разветвленными кинематическими цепями, содержащими множество взаимодействующих кинематических пар, во-первых, не может показать в работе высокую точность и, во-вторых, первоначально достигнутую точность будет достаточно быстро терять в процессе эксплуатации.
Перед заявленной полезной моделью была поставлена задача создания зубообрабатывающего станка, управляемого системой ЧПУ, технологически освоенного в производстве при изготовлении общеизвестных зубообрабатывающих станков с программой обработки заготовок, заложенной в кинематические цепи станка.
Поставленная задача решается тем, что предложен зубообрабатывающий станок, содержащий смонтированные на станине подвижный стол, несущий заготовку изделия, инструментальную стойку, несущую подвижную каретку с установочно поворотно смонтированным суппортом, на котором установлен инструментальный шпиндель, и электроприводы, воздействующие на кинематические цепи станка, преобразующие вращательные движения приводов в соответствующие вращательные, поворотные и поступательные движения изделия и инструмента.
Новым в предложенном станке является то, что он имеет шесть автономных кинематических цепей, соответственно: цепь главного движения, цепь круговых подач стола, цепь вертикальных подач каретки по инструментальной стойке, цепь тангенциальных подач инструмента относительно заготовки изделия, цепь радиальных подач стола и цепь установки суппорта на заданный угол относительно оси заготовки изделия, первые пять из которых имеют электроприводы, при этом четыре электропривода связаны между собой устройством ЧПУ.
Технический результат предложенного станка заключается в технологической преемственности станка с ЧПУ с ранее выпускавшимися станками, что позволяет за счет применения ЧПУ резко повысить точность и долговечность выпускаемых станков, а также снизить затраты на их изготовление.
Другим достоинством предложенного станка является расширение технологических возможностей за счет замены жестких механических кинематических связей электронными связями, что позволяет реализовать новые методы обработки путем комбинирования движений исполнительных органов. Кроме прямозубых и косозубых цилиндрических и червячных зубчатых колес, станок обеспечивает обработку прямозубых конических колес с малым углом конуса.
На фиг.1 изображена принципиальная конструктивная схема предложенного станка; на фиг.2 - функциональная блок-схема системы управления станком.
Зубообрабатывающий станок (фиг.1) содержит станину 1, на которой неподвижно установлена стойка 2 и стол 3 с расположенным на нем шпинделе изделия, выполненном в виде планшайбы 4. Стол 3 имеет возможность возвратно-поступательного перемещения по горизонтальным направляющим 5 станины 1 и осуществления круговой подачи заготовки изделия типа "зубчатое колесо" (на фигуре не показана), закрепленной на планшайбе 4.
На вертикальных направляющих 6 стойки 2 смонтирована с возможностью возвратно-поступательных перемещений каретка 7, на которой закреплен установочно поворотно суппорт 8. Инструмент 9, закреплен в инструментальном шпинделе 10, установленном с возможностью вращения в опорах ползушки 11 или непосредственно в опорах суппорта 8 с возможностью перемещения по суппорту 8 вдоль оси инструмента 9.
Для закрепления заготовок изделий типа "вал" в станке предусмотрен кронштейн 12 контрподдержки, который, посредством гидравлического привода 13, имеет возможность перемещения по вертикальным направляющим 14 стойки задней 15, установленной на столе 3.
Станок содержит вместо сложных механических кинематических связей короткие цепи подач, получающие движение от отдельных электродвигателей.
Первая кинематическая цепь главного движения содержит синхронный двигатель 16, набор зубчатых передач 17 и шпиндель 10 инструмента 9. Вторая кинематическая цепь круговых подач планшайбы 4 стола 3 содержит синхронный двигатель 18, связанный через пару цилиндрических колес 19 и червячную передачу 20, 21 с планшайбой 4 стола 3. Третья цепь вертикальных подач каретки 7 содержит синхронный двигатель 22, связанный посредством червяка 23 и червячного колеса 24 с гайкой 25 шарико-винтовой передачи 26. Четвертая цепь тангенциальных подач инструмента 9 относительно заготовки (за счет перемещений ползушки 11 суппорта 8) содержит синхронный двигатель 27 и шарико-винтовую передачу 28. Пятая цепь радиальных перемещений стола 3 состоит из синхронного двигателя 29 и шарико-винтовой передачи 30. Шестая кинематическая цепь 31 предназначена для ручной наладочной установки инструмента 9 на заданный угол относительно оси (не показана) заготовки изделия.
Система управления станка предназначена для обеспечения необходимых синхронных движений исполнительных органов станка посредством двигателей подач. Система управления содержит центральный модуль управления 32 (фиг.2), к которому подключены дисплей 33, устройство ЧПУ 34 и двигатель 29. К устройству ЧПУ 34 подключены двигатели 16, 18, 22 и 27.
Станок работает следующим образом.
Подлежащую обработке заготовку устанавливают на планшайбу 4 стола 3. Поворотный суппорт 8 разворачивают на заданный угол.
Используя дисплей 33, оператор выбирает вид обработки и вводит соответствующие виду обработки наладочные параметры в виде цифровых значений, взятых непосредственно с чертежа обрабатываемого изделия. После этого оператор запускает цикл обработки, и устройство ЧПУ 34, в соответствии с заложенной программой для выбранного вида обработки, совместно с центральным модулем управления 32 осуществляет движения исполнительных органов станка, необходимые для обработки заготовки изделия.
Например, для обработки цилиндрических косозубых колес (без использования тангенциальной подачи) в начале цикла стол 3 подводится в зону обработки двигателем 29, после чего двигатель 29 отключается, и включаются двигатели 16, 18 и 22. Двигатели 16 и 18 синхронно вращают введенные в зацепление инструмент 9 и заготовку изделия с учетом заданных значений передаточного отношения, угла наклона зубьев нарезаемого колеса и текущего положения каретки 7. Двигатель 22 осуществляет вертикальную подачу инструмента 9 вдоль оси нарезаемого изделия, перемещая каретку 7 вверх или вниз. После завершения обработки инструмент 9 выводится из зацепления с изделием, исполнительные органы станка возвращаются в исходное положение, и цикл заканчивается.
При обработке червячных колес нарезание производится за счет или радиальной подачи стола 3 двигателем 29 или тангенциальной подачи инструмента 9 двигателем 27, или их комбинации. При этом двигатели 16 и 18 также осуществляют синхронное вращение инструмента 9 и заготовки изделия с учетом текущего положения инструмента 9. Вертикальная подача каретки 7 двигателем 22 при данном методе обработки не используется.
Устройство ЧПУ 34 хранит программы движений для всех видов обработки, реализуемых на станке, при этом число программ совпадает с числом видов обработки. Это существенно облегчает управление станком, так как оператору не требуются навыки работы на традиционных станках с ЧПУ (знание конструкции устройства ЧПУ), ему достаточно выбрать необходимый вид обработки и ввести с чертежа числовые параметры, либо выбрать один из наборов параметров, уже имеющихся в памяти устройства ЧПУ 34.
Так как формирование поверхности зубьев производится методом обкатки с использованием специального инструмента, процесс формирования основан на повторении зацепления реальной пары, а конструкция станка обеспечивает воспроизведение этого зацепления (где одним из элементов пары является инструмент), при этом для упрощения написания программ видов обработки круговые координаты движения инструмента (цепь главного движения) и движения стола обрабатываются в ЧПУ как линейные координаты.
Зубообрабатывающий станок, содержащий смонтированные на станине подвижный стол, несущий заготовку изделия, инструментальную стойку, несущую подвижную каретку с установочно поворотно смонтированным суппортом, на котором установлен инструментальный шпиндель, и электроприводы, воздействующие на кинематические цепи станка, преобразующие вращательные движения приводов в соответствующие вращательные, поворотные и поступательные движения инструмента и изделия, отличающийся тем, что станок имеет шесть автономных кинематических цепей соответственно: главного движения, круговых подач стола, вертикальных подач каретки по инструментальной стойке, тангенциальных подач инструмента относительно заготовки изделия, радиальных подач стола и установки инструмента на заданный угол относительно оси заготовки изделия, при этом первые пять цепей имеют электроприводы, из которых четыре электропривода связаны между собой устройством ЧПУ.
