Затыловочные станкиЗатылование – это специальный вид обработки задних поверхностей зубьев режущих инструментов. Чаще всего затылуют зубья фрез: дисковых, цилиндрических с прямолинейными и спиральными стружечными канавками, резьбовых и червячных, а также зубья метчиков. Фрезы с затылованными зубьями (рис. 3.46, а) перетачивают только по передним поверхностям, причем плоскость заточки проходит через ось фрезы, благодаря чему профиль зубьев и задний угол сохраняются неизменными. Поэтому фрезы, применяемые для обработки фасонных поверхностей, обязательно подвергают затылованию. Затылование зубьев обычно производят по архимедовой спирали. Во время затылования заготовка 1 (рис. 3.46, б) равномерно вращается, а резец 2 совершает поступательно-возвратное перемещение – движение затылования. Перемещение резца осуществляется от равномерно вращающегося кулачка 3, профиль которого выбирают в зависимости от спада h затылка зуба фрезы (рис. 3.46, в). Приближенно h = π D tgα/z, где D – диаметр фрезы; z – число зубьев фрезы; α; – задний угол. При затыловании за один оборот заготовки фрезы резец должен подойти к ней столько раз, сколько зубьев у фрезы.
Рис. 3.46. Схема затылования зубъев Рис. 3.47. Развертка червячной фрезы дисковой фрезы
При затыловании дисковых фрез, когда периметр профиля зуба невелик, применяют один фасонный резец. Во время обработки заготовка фрезы получает равномерное вращение, а резец – движение затылования и подачу на глубину резания. При затыловании цилиндрических фрез с прямолинейными стружечными канавками резец дополнительно перемещается параллельно оси заготовки (продольная подача). При затыловании цилиндрических фрез со спиральными стружечными канавками необходимо, чтобы резец, перемещаясь вдоль оси заготовки, следовал бы по спиральной линии зуба. Рассмотрим вывод общего уравнения затылования на примере затылования червячной фрезы. Червячная фреза (рис. 3.47, а) имеет резьбовую нарезку с шагом P и спиральные стружечные канавки с шагом T, которые выполнены перпендикулярно винтовой нарезки. На рис. 3.47, б приведена развертка червячной фрезы, где kf - направление спиральной стружечной канавки, а линии, перпендикулярные ей, - винтовая нарезка, D – диаметр червячной фрезы. Во время затылования резец при продольном перемещении должен за один цикл обработки переместиться на величину s0, для того чтобы он пришел в точку b, находящуюся на линии спиральной стружечной канавки. Из подобия треугольников Δ adf ~ Δ bde (рис. 3.47, б) определим обороты заготовки за один цикл затылования l/πd = be/af = s0/P. Выразим отношение s0/P через известные величины P и T. Тогда из подобия треугольников Δabc ~ Δadf и Δbfc ~ Δkfm получим bc/πD = (P-s0)/P и bc/πD = s0/T. Таким образом, (P-s0)/P = s0/T или P/T = (P-s0)/s0 = (P/s0) -1; (T+P)/T = P/s0, и окончательно s0/P = T/(T+P). За один цикл затылования кулачок должен выполнить один оборот, тогда уравнение кинематической цепи может быть записано T/(T+P) оборота заготовки → 1 обороту кулачка. Однако расчет настройки расчетной цепи затылования, как правило, ведут на один оборот заготовки. Поэтому разделим обе части уравнения на величину T/(T+P), тогда получим 1 оборот заготовки → (T+P/T) кулачка. Это соответствует условию, что затылуемая фреза имеет один зуб. Если же затылуемая фреза имеет z зубьев, тогда 1 оборот заготовки → z ((T+P)/T) оборота кулачка. Или окончательно 1 оборот заготовки → z + zP/T оборота кулачка. Это и есть общее уравнение затылования. Это уравнение получено при условии, что кулачок имеет один рабочий профиль. В современных затыловочных станках, как правило, используют несколько кулачков с различным числом k рабочих профилей. Например, во всех модификациях станка модели 1811 используется три сменных кулачка с одним, двумя и тремя рабочими профилями. Введем в уравнение затылования поправку на k рабочих профилей. Тогда уравнение затылования примет вид 1 оборот заготовки → z/k + z/k (P/T) или z/k (1 + P/T) оборота кулачка.
В современных универсальных затыловочных станках при затыловании а б Рис. 3. 48. Типовые структурные схемы токарно-затыловочных станков: а – для затылования дисковых фасонных фрез; б – для затылования ци- линдрических фрез с прямолинейными стружечными канавками
цилиндрических фрез и метчиков со спиральными стружечными канавками или червячных фрез первое слагаемое z/k выполняется цепью затылования, а второе – z/k(P/T) дифференциальной цепью. При этом в кинематической структуре обе названные цепи соединены между собой планетарным дифференциалом. При затыловании цилиндрических фрез с прямолинейными стружечными канавками второе слагаемое равно нулю, так как T = ∞. В специализированных бездифференциальных станках более ранних выпусков, например, станке модели 1708 (США) осуществляется бездифференциальная настройка по приведенному уравнению затылования. При затыловании многозубого инструмента необходимо также движение деления. Это движение в зависимости от затылуемого инструмента может быть элементарным (при затыловании дисковой фрезы) или двухэлементарным винтовым (при затыловании червячной фрезы). Движение деления осуществляяется после затылования каждого очередного зуба затылуемого инструмента. При этом движение деления является частью сложного формообразующего движения и, следовательно, выполняется формообразующей группой. Формообразующая часть типовой структурной схемы токарно-затыловочного станка (рис. 3. 48, а) состоит из сложной двухэлементарной группы Фv(В1П2), воспроизводящей заднюю поверхность зубьев инструмента (направляющую). Внутренней связью группы, называемой цепью деления, является структурная цепь: (В1)шпиндель→ix → z1/z2 → кулачок затылования →поперечный суппорт (П2), соединяющая шпиндель затылуемого инструмента с поперечным суппортом, несущим затылующий резец. Внешняя связь – структурная цепь М → iv → шпиндель (звено соединения связей), передающая энергию движения от электродвигателя во внутреннюю связь через звено соединения связей. Группа настраивается по следующим параметрам: траектория – органом настройки ix и кулачком затылования; на скорость – органом настройки iv; на путь - кулачком затылования; на исходное положение – лимбом. Кулачок затылования выполняет также функцию специального реверса и отсчетного звена для движения деления. Формообразующая часть типовой структурной схемы станка для затылования цилиндрических фрез с прямолинейными стружечными канавками (рис. 3.48, б) состоит из сложной трехэлементарной группы Фv(В1П2П3), получаемой посредством введения во внутреннюю связь, рассмотренной двухэлементарной группы дополнительной цепи, воспроизводящей винторезное движение (продольную подачу) резца. Структура дополнительной цепи (В1) шпиндель → iy → тяговый вал Р → продольный суппорт (П3),
При затыловании цилиндрических инструментов со спиральными стружечными канавками необходимо, чтобы резец, перемещаясь вдоль оси фрезы, следовал бы за спиральной линией режущей кромки ее зуба. Это условие обеспечивается введением в предшествующую структурную схему параллельно цепи деления дополнительной цепи, называемой дифференциальной (рис.3.49). Исполнитель Рис.3. 49. Структурная схема станка для затыло- ными органами обеих цепей яв- вания цилиндрических фрез со спиральными ляются шпиндель и поперечный стружечными канавками суппорт. Поэтому эти цепи сое- динены между собой планетарным дифференциалом. Структура дополнительной цепи (В1) шпиндель → iy → iφ → ∑ → z1/z2 → кулачок затылования→ суппорт (П2). Станкостроительная отрасль выпускает токарно-затыловочные станки как универсальные, содержащие все три рассмотренные структурные схемы, так и специальные классов точности П и В для обработки инструментов диаметром 50 – 500 мм, длиной 80 – 1225 мм и модулем 1 – 42 мм. Отрасль выпускает также шлифовально-затыловочные станки, отнесенные к группе резьбошлифовальных станков Рассмотрим универсальный токарно-затыловочный станок модели 1Б811. Станок предназначен для затылования дисковых и фасонных фрез, затылуемых радиально, вдоль оси и под углом, а также червячно-модульных фрез с модулем до 8 мм. Кинематическая структура (рис. 3.50) для затылования червячных модульных фрез состоит из сложной трехэлементарной группы формообразования Фv (В1П2П3). Эта группа во внутренней связи содержит две кинематические цепи: - цепь деления, связывающую шпиндель с кулачком и состоящую из двух параллельных ветвей, соединенных коническим дифференциалом; - винторезную цепь, связывающую шпиндель с ходовым винтом. Первая ветвь цепи деления: шпиндель (В1) → 96/24→ (80/20 или 50/50) → 44/36 → 45/47 → 47/33 →∑ → ix → 27/27 → кулачок → суппорт (П2).
Рис. 3.50. Кинематическая схема токарно-затыловочного станка
Вторая ветвь цепи деления: шпиндель (В1) → ((96/24) (80/20) (54/54)) или ((96/24) (50/50) (54/54)) или (54/54) → (36/36 реверс) → iy → 48/36 → 42/42 → iφ → 3/19 → ∑; → ix → 27/27 → кулачок → суппорт (П2). Винторезная цепь: шпиндель (В1) → ((96/24) → (80/20) (54/54)) или ((96/24) (50/50) (54/54)) или (54/54) (36/36 реверс) → iy → тяговый вал Px → суппорт (П3). Внешняя связь группы: М → 25/56 → 34/34 или 22/46 или 28/40 → 46/46 или 24/68 →; 45/54 → 50/50 или 20/80 → 24/96 →шпиндель (В1). Движение, воспроизводимое группой – сложное с незамкнутой траекторией, и настраивается по следующим параметрам: траектория – гитарами ix, iy, iφ и кулачком; скорость – коробкой скоростей iv; путь и исходное положение - кулачком и лимбом (упором). При этом кулачок выполняет также функцию специального реверса и отсчетного звена в движении деления. Рассмотрим настройку станка. Исходными данными для расчета настройки являются параметры затылуемой фрезы и режимы резания. Гитара ix. Расчетная цепь совпадает с первой ветвью цепи деления. В соответствии с общим уравнением затылования РП для расчетной цепи имеют вид 1 оборот шпинделя → z/k оборотов кулачка. УКЦ (муфта М1 включена): z/k = (96/24) ((80/20) или (50/50)) (44/36) (45/43) (i∑ =1/2) ix (27/27). ФН: ix1 = 3z/10k; ix2 = 3z/40k. Первое значение используется при затыловании фрез, у которых z =1 – 10, а второе – при z = 4 – 40. При затыловании вращающийся кулачок, соприкасаясь с пальцем, запрессованным в плите суппорта, сообщает последнему поступательно-возвратное движение. Гитара iy. Расчетная цепь совпадает с винторезной цепью внутренней связи. Поэтому РП имеют вид: 1 об. шпинделя → Р мм перемещения суппорта. УКЦ: Р=1 [(96/24)((80/20)(54/54) или (50/50)(54/54))] или (54/54)(36/36) iy(tPx=. 12). ФН: iy1 = P/12; iy2 = P/48; iy3 = P/192. Гитара iφ. Дифференциальное движение обеспечивает при затыловании червячных фрез со спиральными стружечными канавками дополнительный поварот кулачка затылования, от которого перемещяется резец в радиальном направлении при продольном перемещении суппорта. Возможны следующие три расчетные цепи, включающие гитару iφ: - кинематическая цепь, связывающая ходовой винт с кулачком, при включенной муфте М3; - кинематическая цепь, связывающая зубчато-реечную передачу суппорта с кулачком, при выключенной муфте М3 и включенной муфте М5; - кинематическая цепь, связывающая шпиндель станка с кулачком. РП для первых двух расчетных цепей имеют один и тот же вид: Р мм перемещения суппорта → zP/kT дополнительного поворота кулачка. УКЦ для первой расчетной цепи: zP/kT = P/(Px=12) (48/36) (42/42) iφ i∑ ix (27/27). ФН: iφ = 114 z/k T ix. УКЦ для второй расчетной цепи: zP/k T= P/π(m=3)(z=12)∙(55/20) (30/1) (25/28) (28/25) (20/60)(26/76) (48/36) (42/42) iφ (3/19) i∑ ix (27/27). ФН: iφ = 114 z/k T ix. После подстановки в полученные выражения обоих значений ix, получим iφ1 = 380/T; iφ2 = 1520/T. РП для третьей расчетной цепи согласно общего уравнения затылования имеют вид 1 об. шпинделя → zP/kT дополнительного поворота кулачка. УКЦ: zP/kT = 1 [(96/24) ((80/20) (54/54) или (50/50) (54/54))] или (54/54) (36/36) iy (48/36) (42/42) iφ (3/19) i∑ ix 27/27. ФН получим после подстановки в УКЦ значений iy, ix, i∑ iφ1 = 380/T; iφ2 = 1520/T. Таким образом, при использовании любой из трех расчетных цепей, различающихся между собой количеством передач и конечными, исполнительными звеньями, получаем одну и туже ФН для рассматриваемой гитары. Данный пример подтверждает тезис о возможности в ряде сложных кинематических структур искусственно назначать для одного и того органа настройки более одной расчетной цепи. При обработке фрез с правыми спиральными стружечными канавками в гитару дополнительно устанавливается паразитная сменная шестерня. Коробка iv круговых частот вращения шпинделя. Это движение осуществляется от двухскоростного асинхронного электродвигателя. Прямое (рабочее) вращение осуществляется при пМ =700 мин-1. РП: пМ мин-1 оборотов электродвигателя → пш мин-1 оборотов шпинделя. УКЦ: пш = (пМ= 700) (25/56) ((22/46) или (34/34) или (28/40)) ((46/46) или (24/68)) (45/54) ((50/50) или (20/80)) (24/96). В соответствии с УКЦ коробка обеспечивает 12 частот вращения шпинделя в пределах 2,8 – 63 мин-1. Обратное вращение осуществляется реверсированием электродвигателя при пМ =1400 мин-1, при этом частота вращения шпинделя в два раза выше, чем при рабочем ходе. Частная кинематическая структура Фv (В1П2) для затылования дисковых фрез образуется из рассмотренной структуры для затылования червячных фрез посредством исключения из ее внутренней связи второй ветви цепи деления, называемой дифференциальной, и винторезной цепи. Рассматриваемая структура, состоящая из сложной двухэлементарной группы, настраивается на траекторию – гитарой ix; на скорость – коробкой частот вращения шпинделя iv; на путь и исходное положение – кулачком и лимбом. При этом УКЦ для органов настройки ix и iv не изменяются. Кинематика станка содержит также классическую токарную структуру для обработки цилиндрических поверхностей. Эта структура состоит из двух простых формообразующих групп: скорости резания Фv (В1) и продольной подачи Фs (П2), получаемых посредством иной коммутации кинематических цепей, образующих затыловочную структуру. Группа Фv. Ее внутренняя связь – элементарная вращательная пара подшипниковые опоры → шпиндель. Внешняя связь совпадает с внешней связью затыловочной структуры. Настройка этой связи рассмотрена при анализе затыловочной структуры. Группа Фs. Ее внутренняя связь – элементарная поступательная пара направляющие станины → инструментальный суппорт. Внешняя связь – кинематическая цепь, соединяющая электродвигатель с инструментальным суппортом. В ее составе коробка круговых частот вращения шпинделя iv, коробка продольных подач is, тяговый вал в виде зубчато-реечной передачи. Группа настраивается на скорость (продольную подачу) – коробкой is; на путь и исходное положение – упорами (лимбом). Коробка is продольных подач соединена со шпинделем цепной передачей. Муфты М1 и М3 выключены, а муфта М5 включена. РП: 1 об. шпинделя → sпр мм продольного перемещения суппорта. УКЦ: sпр = 1 (26/34) (44/58) ((45/36) или (27/54) или (36/45)) in (25/28) (1/30) (20/55) (tТВ = π m z = 36 π), где in – передаточное отношение перебора, управляемого муфтой М4. При включенной муфте М4 in = 1, а при выключенной in = (27/54) (27/54) = 1/4. Коробка подач обеспечивает шесть значений продольных подач в пределах sпр = 0,1 – 1,0 мм/об. Рассмотрим частные кинематические структуры для затылования абразивными кругами режущих инструментов, входящие в кинематику универсального резьбошлифовального станка модели 5822М (см. рис. 3.45). Кинематическая структура для затылования шлифованием дисковых инструментов, например, дисковых модульных фрез состоит из формообразующих групп скорости резания Фv (В1) и деления (затылования) Фs(В2П3). Простая группа Фv скорости резания во всех частных структурах анализируемой кинематической схемы одна и таже. Ее структура рассмотрена при анализе частной структуры для шлифования резьбы дисковым кругом. Внутренняя связь cложной группы деления Фs соединяет шпиндель заготовки со шлифовальной бабкой и выполнена в виде шпиндель заготовки (В2) → 30/45 → ∑ → ix → 20/20 → 35/35 → 26/26 → кулачок затылования 3 → рычаг 1 → ползушка 2 → рычаг 4 → кулак быстрого отвода 5 → корпус 6 гайки поперечной подачи → винт 7 → гайка 8 компенсирующей подачи → шлифовальная бабка (П3). Внешняя связь группы М2 → d1/d2 → 2/36 → шпиндель заготовки. Группа настраивается на траекторию – гитарой сменных колес ix и кулачком врезания 3; на скорость – изменением круговой частоты вращения управляемого электродвигателя М2 постоянного тока; на путь и исходное положение – кулачком врезания 3 и винтом 7 поперечной подачи. При этом кулачок врезания 3 выполняет также функцию специального реверса и отсчетного звена в движении деления. РП для гитары ix сменных колес имеет вид 1 об. шпинделя → z/k об. кулачка затыловаения, где z – число зубьев затылуемой дисковой фрезы; k – количество рабочих профилей кулачка затылования. УКЦ: z/k = 1 (36/2) (30/45) i∑ ix (20/20) (35/35) (26/26). ФН: ix = z/6k. Частная кинематическая структура для затылования цилиндрических фрез с прямолинейными стружечными канавками включает формообразующие группы скорости резания Фv(В1) и деления (затылования) Фs(В2П3П4). Группа деления Фs включает две внутренние связи: - кинематическую цепь деления, соединяющую шпиндель заготовки со шлифовальной бабкой через кулачок затылования и совокупность рычагов и винтов; - винторезную цепь, связывающую шпиндель заготовки с ходовым винтом (тяговым валом). Внешняя связь группы соединяет управляемый электродвигатель М2 со звеном соединения связей, функцию которого выполняет шпиндель заготовки. В анализируемой структуре цепь деления и внешняя связь группы совпадают с аналогичными связями, рассмотренной выше кинематической структуры для абразивного затылования дисковой модульной фрезы. Вторая внутренняя связь (винторезная цепь) имеет вид шпиндель заготовки (В2) → (60/60) или (96/24) → iy → тяговый вал Рx (П4). РП для гитары сменных зубчатых колес iy: 1 об. шпинделя (В2)→ Р мм перемещения шлифовальной бабки (П4). УКЦ: Р = 1 (60/60 или 96/24) iY ((tТВ = (1/6) 25,4)). ФН: iy1 = 6Р/25,4; iy2 = 6Р/100,16. Первое значение используют при затыловании фрез с шагом до 8 мм, второе – с шагом более 8 мм. При затыловании червячных модульных фрез со спиральными стружечными канавками кулачку затылования необходимо сообщить дополнительный поворот при перемещении шлифовальной бабки в продольном направлении. Такой вариант затылования выполняется частной кинематической структурой отличающейся от рассмотренной тем, что ее внутренняя связь содержит дополнительную настраиваемую кинематическую цепь, параллельную цепи деления. Эта цепь имеет вид шпиндель заготовки (В2)→ 60/60 или 96/24 → iφ → ∑ → ix → 20/20 → 35/35 → 26/26 → кулачок затылования 3 → рычаг 1 → ползушка 2 → рычаг 4 → кулак быстрого отвода 5 → корпус 6 гайки поперечной подачи → винт 7 → гайка 8 компенсирующей подачи → бабка (П3). Гитара сменных колес iφ является дополнительным органом настройки на траекторию в группе деления настраиваемой структуры. Для вывода ФН этой гитары можно наметить следующие две расчетные кинематические цепи: - цепь, совпадающую с приведенной внутренней связью, т.е. цепь, соединяющую шпиндель заготовки с кулачком затылования; - цепь, соединяющую тяговый вал (ходовой винт) с кулачком затылования. В соответствии с общим уравнением затылования РП для первой расчетной цепи имеют вид 1 об. шпинделя → z/k (Р/Т) об. кулачка затылования. УКЦ: z/k (Р/Т) = 1 (60/60)или(96/24) iφ (2/30) i∑ ix (20/20) (20/20) (35/35) (26/26), где ix = z/6; i∑ = 1/2. ФН: iφ1 = 45Р/kT; iφ2 = 180Р/kT. Для второй расчетной цепи РП имеют вид Р мм перемещения суппорта → zP/kT дополнительного поворота кулачка. УКЦ: zP/kT = Р/(Рx= (1/6)25,4) (1/iy) iφ (2/30) i∑ ix (20/20) (20/20) (35/35) (26/26), где ix = z/6; i∑ = 1/2; iy1 = 6Р/25,4; iy2 = 6/100,16. ФН: iφ1 = 45Р/kT; iφ2 = 180Р/kT.
|
обеспечивает функциональную связь заготовки с продольным перемещением резца при затыловании.
