|
Обкатные передачи с криволинейными зубьями нарезают путем воспроизведения станочного зацепления плосковершинного производящего колеса с зубьями нарезаемого колеса при их взаимной обкатке по схеме, показанной на рис. 11.10. Здесь роль воображаемого производящего колеса / выполняет люлька 2, ось вращения которой совпадает с осью шпинделя станка. Режущие резцы 4 зуборезной головки 5, установленной на люльке, при вращении от отдельного привода, воспроизводят зубья
Рис. 11.10. Схема нарезания криволинейных зубьев конических колес зуборезной головкой по методу обката |
производящего колеса. Вращение заготовки 3 кинематически связано с вращением люльки. В результате профиль зубьев нарезаемых колес получается как огибающая ряда последовательных положений режущих кромок резцов головки. Кривизна зубьев определяется радиусом головки и положением ее центра на люльке станка. После нарезания одной впадины в обкаточном движении люлька отходит от заготовки и возвращается в исходное положение, а заготовка с помощью механизма деления поворачивается на один шаг. Далее цикл обработки повторяется. Таким образом, обработка зубьев колеса производится путем прерывистого обката.
Для нарезания шестерен 2\ с большой кривизной зубьев применяют станки с изменяемым углом наклона оси головки к оси шпинделя [26] и станки фирмы «Эрликон» (Швейцария). Последние, при нарезании колес с равновысокими зубьями формы III (см. рис. 11.2), работают путем непрерывного деления [17, 20].
Для нарезания зубьев колес z2 полуобкатных передач по методу копирования применяют высокопроизводительные станки, работающие зуборезными головками по способу врезания при отсутствии механизма обката, а для чистовой обработки этих колес применяют также зубопротяжные станки, оснащенные головками-протяжками.
Устройство и основные параметры зуборезной головки рассмотрим на примере наиболее часто применяемой головки двухстороннего резания (рис. 11.11, а). В корпусе головки 1 установлены попеременно резцы двух типов: наружные 2 (для обработки вогнутой поверхности зуба) и внутренние 3 (для обработки выпуклой поверхности зуба). Гнезда под эти резцы прямоугольные, изготовленные с высокой точностью. Резцы, установленные в гнезда, опираются своим выступом, расположенным нал хвостовиком (см. рис. 11.12), на торец корпуса головки и крепятся винтами 4. Для грубой регулировки резцов по диаметру применяют подкладки 5, а для тонкой - клинья б, передвигаемые вдоль оси головки винтами (на рис. 11.11, а не показаны). За базу при регулировке по диаметру принимают по одному резцу каждого типа, клинья которых закреплены штифтами. Корпус зуборезной головки изготавливают из конструкционной стали, а затем подвергают закалке и шлифовке. Резцы изготавливают из быстрорежущей стали.
Основные параметры зуборезной головки:
• номинальный диаметр d0 - это диаметр окружности, проходящей через середину расстояния между вершинами наружных и внутренних резцов, т.е. через середину нарезаемого дна впадин колеса. При этом за вершину принимается точка пересечения боковой и вершинной режущих кромок резца;
• развод резцов W - это расстояние между вершинами наружных и внутренних резцов;
• образующие диаметры de, d{ - измеряются как расстояние между вершинами резцов одного типа, симметрично расположенных относительно оси головки. Из рис. 11.11, а следует, что для наружных резцов de = d0 + W, а для внутренних di-dQ-W;
• производящие диаметры De^, - это расстояние между точ
ками боковых режущих кромок, которые профилируют средние точки на профиле зубьев колеса, лежащие на начальном конусе. Отсюда для наружных резцов А?пр = +2hf tgae, а для внутренних резцов
Dittp ~^i ~2hf tga,-, где hf - высота ножки зуба нарезаемого колеса;
ае, а,- - углы профиля соответствующих резцов.
Указанные параметры обеспечиваются регулировкой подкладками и клиньями.
При проектировании головки номинальный диаметр d0 назначают для колес с пропорционально понижающимися зубьями (форма I, см. рис. 11.2) в зависимости от длины образующей начального конуса L и угла наклона линии зуба колеса ри (см. рис. 11.11,6)
d0=L/sinp„.
Отсюда следует, что если угол наклона Р„ = 45°, то d0 = 1,44Z; a если рл = 30°, то d0 - 2L. Чем больше угол наклона р„, тем выше коэффициент перекрытия и плавность работы передачи, но меньше d0 и число зубьев z0 головки, а также больше подрез ножки и срез головки зуба. Расчетное значение d0 округляют до ближайшего из стандартного ряда.
Развод резцов W при черновом и чистовом зубонарезании рассчитывают с учетом типа колес и их параметров по методике, изложенной в [22, 26]. При этом расчетное значение W должно укладываться в диапазон, установленный для принятого номинального диаметра d0.
А-А |
Рис. 11.12. Чистовые резцы зуборезной праворежущей головки |
Наружные и внутренние резцы праворежущей головки (рис. 11.12) представляют собой призматические фасонные резцы с прямолинейными боковой / и вершинной 2 режущими кромками. Хвостовики резцов имеют прямоугольное сечение и обеспечивают надежное базирование в корпусе головки. У резцов крупных размеров хвостовики изготавливают из конструкционной стали и соединяют сваркой с рабочей частью, изготовленной из инструментальной стали. Длина рабочей части резца берется несколько больше продольного размера хвостовика, в результате чего образуется выступ, которым резец опирается на торец корпуса резцовой головки, обеспечивая тем самым базирование в осевом направлении.
Плоскость хвостовика, обращенная к оси головки, называется базовой. Расстояние от базовой плоскости до вершины резца называется ба
зовым расстоянием и обозначается Ье - у наружных резцов и Ь( - у внутренних резцов. Толщина резца по вершине $а0 выбирается такой, чтобы она была несколько меньше ширины впадины зуба колеса в узкой части (у внутреннего торца) и не менее половины ширины впадин в широкой части (у внешнего торца колеса). Высота режущей части резца /*о = (2,5...3,0)/я„ выбирается по наибольшему размеру нарезаемых колес данного диапазона при заданном номинальном диаметре головки dQ.
Передняя грань резцов зуборезных головок затачивается под углами уе и уу в некоторой плоскости С-С (на рис. 11.12 не показана), перпендикулярной к оси вращения головки. При установке резцов контролируется положение передней поверхности в плоскости С-С по расстоянию Ае и А/ от оси головки (рис. 11.13). Передний угол задается в сечении А-А (см. рис. 11.12), нормальном к режущей кромке и берется у„ = 20° при обработке сталей средней твердости и уй= 22...27° при обработке
вязких сталей. Тогда углы в плоскости С-С для резцов обоих типов определяются по следующим соотношениям:
tgYe=tgy„ cosa,;
tgYi =tgy„cosa/5 где ae и ai - углы профиля боковых режущих кромок.
Расстояния Ае и А, (рис. 11.13) находят по уравнениям
Ае ~ de /2sinye;
At = di /2sin у,.
Для создания задних углов на боковой и вершинной режущих кромках резцы затылуют по архимедовой винтовой поверхности в специальных приспособлениях. При этом на вершине зуба задняя поверхность принимает круговую форму, а задний угол при вершине ав= И... 13°. На боковой кромке задний угол меньше (аб * 2... 5°), так как
sina*;
tg схб/ = tgaB sin a,.
Переточка резцов производится по передней поверхности. При этом сохраняется профиль боковых режущих кромок и постоянство углов профиля ае и а,.
Нерабочая сторона резца выполняется с углом профиля, меньшим на 1° угла профиля резца другой формы, т.е. для наружного резца а'е = а,- - Г, а для внутреннего aj = ае -1°.
Определение углов профиля резцов головки. Номера резцов. Для правильного сопряжения колес конической передачи с криволинейными зубьями необходимо обеспечить равенство углов зацепления а0 на обеих сторонах зуба производящего колеса, роль которого выполняют внутренний и наружный резцы. Необходимо обеспечить также равенство углов наклона линий зубьев производящего и обрабатываемого колес.
Как указывалось выше, при нарезании колес методом обката в качестве производящего колеса принимается плосковершинное колесо (рис. 11.14), у которого образующая начального конуса лежит ниже плоскости ОЕ, которая перпендикулярна оси колеса, на величину угла ножки зуба 0у, а по плоскости ОЕ перемещаются вершинные режущие
кромки резцов. Для того, чтобы найти углы профиля боковых режущих кромок этих резцов, построим профиль зуба производящего колеса в сечении А-А (рис. 11.14). Здесь углы профиля ae и а,* отсчитываются между линиями профиля и перпендикуляром к плоскости ОЕ, а угол а0 - между линией профиля и перпендикулярами к образующей начального конуса. Поэтому зуб образующего колеса в сечении А-А (рис. 11.14, б) получается нессиметричным, так как а,- * ае * а0. У внутреннего резца, обрабатывающего выпуклую сторону зуба колеса, угол профиля а,- = а0 + Аа, а у наружного резца, обрабатывающего вогнутую сторону - ае = а0 - Аа. Как видно из рис. 11.14, а, угловая поправка Аа - 0у, так
как стороны, ограничивающие эти углы, взаимно перпендикулярны.
Углы профиля в сечении N-N для колес с криволинейным зубом и углом наклона Ри > 0 найдем, умножив угловую поправку Аа на sinP„. Тогда у резцов обоих типов углы профиля:
а/ = a0 + 0у sin рл;
А-А Рис. 11.14. Схема определения углов профиля резцов зуборезной головки двухстороннего резания: а - углы профиля зуба производящего плосковершинного колеса; б - впадина криволинейного зуба |
Углы у колеса и шестерни могут отличаться по своей величине,
поэтому с целью сокращения номенклатуры резцов при расчете поправки Аа берут ее среднее арифметическое значение, т.е. принимают:
0 /•! + 0 f 2 Да = ± —■---sinp^,
где 0у, и 0у2 - углы ножки зуба шестерни и колеса, нарезанных от одного производящего колеса.
В этом случае ошибка в расчетах углов зацепления неизбежна, но обычно она не превышает 2...3 %. Характер сопряжения при этом не изменится, так как оба колеса будут нарезаны с одним и тем же углом зацепления, хотя и несколько отличающимся от теоретического.
Для удобства расчетов и уменьшения номенклатуры резцов разработана система номеров резцов, по которой угол профиля каждого номера отличается на 10', т.е. принято, что каждому номеру соответствует поправка Аа = N -10'. Следовательно, номер резца можно определить по формуле
Аа 0 л + 0 о
N = ±—7 = ±—--------;^-sinp„.
10' 2 10
Тогда, например, для резца № 6 угловая поправка Аа = 6 10', а углы профиля, соответственно, внутреннего и наружного резцов при а0= 20°: а, = 21°, а = 19°.
Номера резцов нормализованы. В метрической системе по ГОСТ 11902-77 установлено 16 номеров (0...42) для чистовых зуборезных головок и 7 номеров (0...24) - для черновых головок.
Равейство углов наклона линии криволинейного зуба ря у производящего и нарезаемого колес достигается установкой головки на люльке с необходимыми координатами центра оси ее вращения Ои относительно центра люльки О. Как следует из рис. 11.11,6, координаты точки Ои:
H = L-r0 sinp„;
V = r0cosp„,
где L - длина образующей начального конуса; г0 - номинальный радиус зуборезной головки.
При настройке большинства моделей станков принято задавать положение центра вращения головки в полярных координатах. Тогда радиус центра смещения головки U = Jh2 + v2, а полярный угол q = arctg VIН.
Зуборезные головки двухстороннего резания применяют как на чистовых, так и на черновых операциях. В условиях мелкосерийного производства при нарезании зубьев модулем тп < 2,5 мм такие головки используют для изготовления колес и шестерен из цельных заготовок за две операции.
Достоинствами этих головок являются высокая производительность и универсальность, а недостатком - постоянство ширины впадины между зубьями и, соответственно, переменность толщины нарезаемых зубьев по их длине. Это приводит к снижению прочности колес и точности зубчатых передач. Исправить указанные недостатки при чистовой обработке зубьев колес модулем тп > 2,5 мм можно путем изменения наладок операций, расчет которых описан в [6].
Большую точность при чистовой обработке обеспечивают зуборезные головки одностороннего резания, у которых имеются только внутренние или только наружные зубья, обрабатывающие одну сторону зубьев. За счет изменения параметров установки на люльке станка и диаметральных размеров головки можно регулировать ширину впадины и, соответственно, толщину нарезаемых зубьев. Последняя влияет на их прочность и обеспечивает необходимое пятно контакта передачи. Такими головками, как правило, обрабатывают только зубья шестерен zj.
Для чистовой обработки зубьев колес z2 полуобкатиых передач в условиях крупносерийного и массового производств применяют головки- протяжки (рис. 11.15), которые работают по методу копирования. При этом заготовка колеса 2 во время нарезания одной впадины неподвижна, а головка-протяжка 7, вращаясь вокруг своей оси, благодаря последовательному изменению радиального положения резцов, за один оборот одновременно обрабатывает обе стороны зуба колеса. Радиус положения наружных резцов 3 при этом равномерно возрастает, а внутренних резцов 4 - уменьшается. Первые режущие зубья устанавливают с небольшим угловым шагом, а последние калибрующие зубья 5 - с увеличенным шагом. Это делается с целью повышения точности обработки при меньшем количестве резцов, одновременно снимающих припуск. Когда протяжка подходит к заготовке своим безрезцовым участком 6 происходит деление колеса на один зуб. Профиль нарезанных зубьев прямолинейный, поэтому такой способ обработки применим только для передач с передаточным отношением и = 2,5...10. Обработка производится на специальных зубопротяжных станках мод. 5С272Е, 5281Б и других и фирмы «Глисон» (США). Головки-протяжки обеспечивают повышение производительности (в 3-5 раз) по сравнению с обработкой на станках, работающих методом обката, а также повышение точности (на 10...20 %) за счет жесткого
крепления резцов (без подкладок) и малого припуска на обработку, равного 0,02... 0,04 мм.
После чистовой обработки зубьев колес производится их контроль по пятну контакта, которое является основным критерием качества и работоспособности передачи. Теоретически контакт сопряженных колес должен быть точечным, перемещающимся по образующей начального конуса. Однако на практике из-за упругих свойств материала колес контакт имеет вид пятна. Его определяют по краске при обкатке на контрольно-обкаточных станках с применением относительно небольшой нагрузки. Пятно контакта должно быть сплошным, овальным или прямоугольным. Его длина должна составлять не более 50...70 % длины зуба, а ширина - 0,6... 1,0 рабочей высоты зуба. Большая ось пятна контакта должна совпадать с образующей начального конуса (рис. 11.16, а, б). Не допускается выход пятна на кромки зуба и его диагональное расположение по длине зуба (рис. 11.16, в). Подгонку пятна контакта обычно выполняют после проведения расчетов и регулировки наладки чистовой операции обработки шестерни zu так как она имеет меньшее число зубьев и нужные результаты достигаются быстрее.
Другим критерием оценки качества передачи является шум при высоких окружных скоростях. Уровень шума зависит от качества обработки поверхностей зубьев, погрешностей изготовления колес и сборки передачи, а также конструкции колес.
Для чернового нарезания зубьев применяют зуборезные головки двух- и трехстороннего резания. Это наиболее трудоемкая операция, так как она протекает в условиях работы с ударами, при снятии больших припусков (до 80 % удаляемого материала) и, соответственно, с большими нагрузками. Из-за низкой стойкости резцов увеличиваются затраты на смену, заточку инструмента и наладку станков. Поэтому на черновых операциях обычно занято в 2-3 раза больше станков, чем на чистовых операциях.
Головки двухстороннего резания, применяемые для чернового зубонарезания,. отличаются от рассмотренных выше тем, что они регулируются по диаметральным размерам только подкладками, так как клинья у них, как правило, отсутствуют. Кроме того, для восприятия возросших осевых нагрузок на резцы с целью предотвращения их сдвига на заднем торце головки устанавливают опорное кольцо. Такие головки применяют в массовом и крупносерийном производствах для нарезания зубьев по методу обката.
Головки трехстороннего резания применяют для повышения производительности процесса зубонарезания (рис. 11.17, а). В отличие от головок двухстороннего резания, у них к внутренним 1 и наружным 2 резцам добавлены средние резцы 5, которые установлены поочередно. При этом средние резцы обрабатывают только дно впадины и их количество равно половине общего числа резцов в головке. По высоте они имеют превышение вершинных режущих кромок на 0,2...0,25 мм, благодаря которому облегчается работа внутренних и наружных резцов (рис. 11.17, б). Такие головки работают только по методу копирования, т.е. при выключенном движении обката, в условиях массового и крупносерийного производств, при разводе резцов >1,8 мм. Они применяются, главным образом, при нарезании зубьев колес z2 полуобкатных передач. Головка при этом работает только по способу врезания, т.е. с подачей вдоль оси.
Для нарезания зубьев шестерен z, и колес z2 обкатных передач и шестерен полуобкатных передач модулем тп > 2,5 мм из целой заготовки за один установ применяют также комбинированный метод. В этом случае предварительно осуществляется нарезание впадины почти на полную глубину врезанием без обката, а в конце обработки включают механизм обката и производят чистовую обработку зубьев. Благодаря этому методу повышается производительность процесса зубонарезания.
a) 6)
Рис. 11.17. Нарезание зубьев конических колес черновыми головками трехстороннего резания:
а - схема нарезания зубьев; 6 - распределение припуска между зубьями
Конструкции зуборезных головок и методы зубонарезания конических колес постоянно совершенствуются в следующих направлениях:
1) повышение жесткости корпусов и способов крепления резцов в головке и крепления головки на станке; 2) изменение схемы резания;
3) применение станков для нарезания зубьев с непрерывной обкаткой;
4) повышение стойкости инструмента за счет замены затылованных резцов остроконечными; 5) создание головок с резцами, оснащенными твердым сплавом (обеспечивает повышение производительности в 2-2,5 раза);
6) уменьшение числа головок, их наладок, резцов, подкладок и других сменных деталей; 7) изменение в необходимых случаях конструкции и параметров колес и зуборезных инструментов.
Следует отметить, что повышение качества обработки зубьев термически обработанных колес достигается последующим зубошлифова- нием, а также притиркой с вводом абразивной жидкости в зону контакта и другими способами (см. гл. 13).
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА
12.1. ВИДЫ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИНСТРУМЕНТАМ, ПРИМЕНЯЕМЫМ В НИХ
Автоматизация машиностроительного производства, получившая широкое распространение в мире, имеет следующие цели: повышение производительности, снижение себестоимости изделий и гибкости производства при частой смене номенклатуры изделий.
На первом этапе первые две цели достигались путем применения станков-автоматов, полуавтоматов и автоматических линий, используемых для изготовления одного вида изделий. Такие станки с жестким программированием применялись только в крупносерийном и массовом производствах.
Важные достижения в области электроники, электротехники и станкостроения в последние годы позволили создать автоматизированные станки с числовым программным управлением (ЧПУ), которые стали широко применять в серийном и даже мелкосерийном производствах, так как позволили добиться не только повышения производительности, но и гибкости производства путем быстрой смены управляющих программ на станках. Благодаря использованию системы ЧПУ были созданы многооперационные станки (обрабатывающие центры), на которых стало возможным обрабатывать детали за одну установку при автоматической смене большего числа инструментов, устанавливаемых в магазинах станков.
Комплексы из таких станков позволили достичь высшей степени автоматизации - создания гибких производственных систем (ГПС), обеспечивающих выпуск изделий широкой номенклатуры при минимальном числе работающих. Благодаря этому была реализована идея так называемой «безлюдной технологии».
Использование автоматизации сопровождалось резким увеличением стоимости станко-часа, а соответственно, и себестоимости изделия. Поэтому потребовалось проведение множества мероприятий по ее снижению, в том числе за счет интенсификации режимов резания, совершенствования технологических процессов, разработки специальной инструментальной оснастки, включающей в себя режущий и вспомогательный инструменты (табл. 12.1).
12.1. Требования к инструментальной оснастке, применяемой в автоматизированном производстве, и мероприятия, обеспечивающие
их выполнение
№ Требования
п/п к инструментальной оснастке
Мероприятия, обеспечивающие выполнение требований к инструментальной оснастке
Сокращение времени простоев станков при установке, смене и настройке инструментов на размер
Высокая производительность обработки заготовок широкой номенклатуры
Высокая размерная стойкость инструментов, уменьшающая частоту их смены
Концентрация операций и переходов, позволяющая сократить вспомогательное время и повысить точность обработки
Снижение затрат на проектирование и изготовление инструментальной оснастки
Применение подсистем вспомогательных инструментов, обеспечивающих автоматическую смену инструментов; настройка инструментов на размер вне станка; автоматическое точное и жесткое крепление инструментов на станке
Применение наиболее совершенных инструментальных материалов, новых, более прочных твердых сплавов, керамики, эльбора и алмазов; нанесение износостойких покрытий на СМП, применяемых взамен на- пайных пластин и др.
Выбор более износостойких инструментальных материалов и оптимальных режимов резания; применение инструментов с автоматической поднастройкой на размер в процессе резания, осуществляемой по сигналу контрольных устройств, встроенных в станок
Использование комбинированных инструментов
Использование метода агрегатномодульного проектирования сборных инструментов
Было создано новое научное направление в проектировании инструментальной оснастки для автоматизированного производства, в результате чего произошло четкое разделение режущего и вспомогательного инструментов, объединяемых при сборке в инструментальные блоки, а затем и в инструментальные системы для оснащения отдельных типов станков.
12.2. РЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Номенклатура режущих инструментов, применяемых в автоматизированном производстве, практически совпадает с применяемой на универсальных станках. Однако к этим инструментам предъявляются более жесткие требования по точности размеров, формы и качеству заточки, оформленные в виде специальных стандартов.
Во вновь разработанных конструкциях режущих инструментов широко используются СМП не только в резцах, но и сверлах, комбинированных инструментах, фрезах и др.
Для обработки отверстий широкое применение нашли перовые сверла, позволяющие быстро изменять диаметр за счет замены пластин, закрепляемых винтами в жестких оправках, а также твердосплавные сверла с внутренним подводом СОЖ, оснащенные СМП.
Для сокращения числа переходов используются комбинированные инструменты: ступенчатые сверла, зенкеры-развертки, сверла-метчики (рис. 12.1, а) и другие и даже целые агрегаты в виде корпусов сложной формы, оснащенных большим числом СМП, каждая из которых обрабатывает определенную поверхность заготовки (рис. 12.1, б).
Для расточки ступенчатых отверстий применяются разнообразные многорезцовые расточные оправки с резцовыми вставками, оснащенными СМП (рис. 12.1, в).
При конструировании торцовых фрез агрегатно-модульный принцип используется за счет применения кассет, оснащенных СМП разной формы режущих кромок (см. гл. 8).
На горизонтально-фрезерных станках, встраиваемых в автоматические линии, применяют наборы фрез, закрепленных на одной оправке (рис. 12.2, а) и предназначенных для одновременной обработки нескольких поверхностей заготовки. За счет этого существенно повышается производительность, а также точность взаимного расположения обработанных повеохностей.
|
| ||
|
| - ~ | |
1 от | у/)//. |
|
|
Рис. 12.1. Комбинированные инструменты: а - сверло-метчик; б - сверло-зенкер; в - расточная оправка, оснащенная твердосплавными СМП |
Для фрезерования по трем координатам на станках с ЧПУ используют комбинированную фрезу - сверло (рис. 12.2, б), у которой режущие кромки на торце подобны применяемым на спиральных сверлах и работают при осевой подаче, а режущие кромки на цилиндрической части работают, как у торцевых фрез при подаче по контуру.
Для обработки сложных фасонных поверхностей применяют концевые фрезы со сферической или радиусной формой режущих кромок (рис. 12.2, в).
С целью обеспечения быстросменности инструмента и сокращения времени простоев оборудования настройка инструментов на размер осуществляется с помощью специальных приспособлений вне станка.
А* |
Рис. 12.2. Фрезерные инструменты:
Дата добавления: 2015-08-27; просмотров: 55 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |