Зубошлифовальные станки. При зубошлифовании используют те же методы формообразования боковых поверхностей зубьев

 

При зубошлифовании используют те же методы формообразования боковых поверхностей зубьев, что и при их фрезеровании. Копирование в сочетании с касанием используют при шлифовании зубьев колес профильным кругом. Кинематическая структура станков, работающих таким кругом наиболее простая, так как содержит две простые группы формообразования и

 

Рис.3.16. Схема взаимодействия шлифовального круга

c прямозубым цилиндрическим колесом

 

группу деления. Более широко используют сочетание обката с касанием. При таком сочетании зубья колес шлифуют дисковым обкатным кругом, двумя обкатными тарельчатыми кругами и червячными кругами.

На рис. 3.16 приведена схема шлифования зубчатой поверхности прямозубых цилиндрических колес дисковым шлифовальным кругом. Посредством движений Ф_υ(В₁) и Ф_s1(П₂) методом касания воспроизводится линия зуба по длине, а движением обката Ф_s2(П₃ В₄) – профиль зуба.

Рабочая поверхность шлифовального круга (вспомогательный элемент или характеристический образ инструмента) образует профиль зуба воображаемой рейки, по которой катится без скольжения шлифуемое колесо. Боковые поверхности каждого зуба шлифуются последовательно. Поэтому после обработки одной боковой поверхности движение обката реверсируется для обработки другой боковой поверхности в той же впадине колеса. По циклу обработки, шлифование боковых поверхностей зубьев колеса осуществляется последовательно от одной впадины к другой. Поэтому схемой обработки предусмотрено движение деления Д (В₅), периодически поворачивающее колесо на угловой шаг.

Рис. 3.18. Формообразование зубьев Рис. 3.19. Формообразование зубьев

двумя тарельчатыми кругами червячным кругом

 

При шлифовании зубьев колеса двумя, установленными на общем шпинделе, тарельчатыми кругами (рис. 3.18) их размещают в соседних впадинах. При этом схема элементарных движений шлифуемого колеса и шлифовальных кругов, образующих движения формообразования Ф_v, Ф_s1, Ф_s2 и движение деления Д, остается такой же, как и при шлифовании, дисковым кругом. Цикл шлифования так же не изменяется. При шлифовании крупномодульных колес возможно размещение двух тарельчатых кругов в одной впадине.

На рис 3. 19 показана схема шлифования зубчатого колеса червячным шлифовальным кругом. Посредством формообразующего движения Ф_v(В₁В₂)

воспроизводится профиль зубьев, а посредством формообразующего движения Ф_s(П₃) – линия зубьев прямозубого колеса по длине. При шлифовании колес с винтовыми зубьями движение Ф_s преобразуется в сложное Ф_s(П₃В₄), где В₄ – дополнительное вращательное движение шлифуемого колеса.

Рассмотрим одну из типовых структурных схем зубошлифовальных станков, работающего дисковыми и тарельчатыми шлифовальными кругами (рис.3.20). Группа Ф_v(В₁). Ее внутренняя связь вращательная кинематическая пара подшипниковые опоры → шпиндель шлифовального к руга, а внешняя связь М₁ → 10 → 11 → шпиндель → В₂. Движение В₁ имеет замкнутую траекторию. Поэтому теоретически это движение можно настраивать только по двум параметрам – скорости и направлению. Однако практической необходимости в настройке этих параметров нет, и поэтому данное движение, как правило, не настраивают.

Группа Ф_s1(П₂). Ее внутренняя связь - поступательная кинематическая пара:

направляющие → ползун, несущий шпиндель шлифовального круга.

Внешняя связь:

М₂ → 8 → i_s1 → 9 → кривошипно-ползунный механизм (П₂).

Группа настраивается на скорость – органом настройки i_s1, на путь – изменением радиуса кривошипа, исходную точку – изменением длины шатуна.

Группа Ф_s2(П₃В₄)- сложная. Ее внутренняя связь - кинематическая цепь

П₃ → ТВ → 1→ 2 → i_проф → ∑ → 3 → В₄,

воспроизводящая станочное зубчато-реечное зацепление.

Внешняя связь:

М₃ → 4 → 5 → i_s2 → 2,

где 2 -звено соединения связей.

Группа настраивается на траекторию – органом настройки i_проф, на скорость – органом настройки i_s2; на направление – реверсом, располагаемым, как правило, перед органом настройки i_s2; на путь и исходную точку – по упорам системы управления.

Группа деления Д(В₅) простая. Ее внутренняя связь вращательная пара

каретка → делительный стол.

Внешняя связь:

М₃ → 4 → 5 → 6 → мех-зм деления → 7 → i_дел → ∑ → 3 → дел. стол (В₅).

Группа настраивается на путь – органом настройки i_дел.

Так как делительный стол является исполнительным звеном двух группы Ф_s2 и Д, то эти группы должны быть кинематически соединены между собой. Для их соединения может быть использован один из способов – последовательный, параллельный или смешанный.

Вывод ФН. Орган настройки i_проф. Расчетная цепь для этого органа настройки совпадает с внутренней связью группы. Поэтому РП:

1 об. заготовки (В₄) → πmz мм перемещения каретки (П₃),

где m и z – модуль и число зубьев шлифуемого колеса.

УКЦ:

πmz = (1/t_ТВ) ∙ i₀₁ ∙ i_∑ ∙ i_проф,

где t_ТВ – шаг тягового вала; i₀₁ – произведение постоянных передач расчетной цепи; i_∑ - передаточное отношение дифференциала.

ФН:

i_проф = (π m z t_ТВ)/i₀₁ i_∑.

Орган настройки i_s1. РП:

п_М2 мин^-1 электродвигателя → s мм/дв. ход инструмента (П₂)

УКЦ:

s = n_М2 i₀₂ i_s1 .

ФН:

.

Орган настройки i_s2. РП:

п_М3 мин^-1 электродвигателя → s_м мм/мин перемещения каретки,

где s_м – минутная подача.

УКЦ:

s_м = п_М3 i₀₃ i_s2 t_ТВ.

ФН:

i_s2 = s_м /п_м i₀₃ t_ТВ.

Орган настройки i_дел. РП:

п об. делительного диска → 1/z (или z_i/z) об. заготовки,

где z_i - число зубьев заготовки, пропускаемых за один делительный цикл при смешанном соединении групп Ф_s2 и Д; z – число зубьев заготовки; n – число оборотов делительного диска за делительный цикл.

УКЦ:

1/z (или z_i/z) = п i₀₄ i_дел i_∑.

ФН:

На рис. 3.21 приведена кинематическая схема зубошлифовального станка модели 5А831, реализующая рассмотренную типовую структурную схему зубошлифовального станка.

Формообразующая часть кинематической структуры состоит из следующих групп: скорости резания Ф_v(В₁), поступательно-возвратного движения шлифовального круга Ф_s1(П₂), и обката Ф_s2(П₃В₄). Кинематическая структура содержит также группу деления Д(В₅).

Группа движения Ф_v(В₁) – простая. Ее внутренняя связь – элементарная вращательная пара:

подшипниковые опоры – шпиндель шлифовального круга.

Внешняя связь:

М → d₁/d₂ → шпиндель,

где шпиндель является звеном соединения связей.

Группа воспроизводит вращательное движение с замкнутой траекторией, которое теоретически можно настраивать лишь по двум параметрам скорости

(сменными шкивами) и направлению. Однако практической необходимости в настройке этого движения по направлению - нет, и поэтому этот параметр, как правило, не настраивают.

Группа движения Ф_s1(П₁) – простая. Ее внутренняя связь – элементарная поступательная пара:

вертикальные направляющие – ползун.

Внешняя связь:

М₂ → (i =1/8) → кривошипно-ползунный механизм → ползун (П₂).

Рассматриваемая группа воспроизводит поступательное движение с незамкнутой траекторией. Ее настраивают по трем параметрам: на скорость – четырехскоростным электродвигателем М₂, на путь – изменением величины эксцентриситета пальца кривошипа, на исходную точку – изменением плеча шатуна.

Группа движения Ф_s2(П₃В₄) –сложная, двухэлементарная. Ее внутренняя

связь – кинематическая цепь:

прод. стол (П₃) → ТВ → 96/24 → i_проф → i_∑→ 1/90 → делит. стол (В₄),

соединяющая исполнительные звенья группы

Внешняя связь:

М₃ → 3/35 → Р₁ 40/40 → {i_s ∙ [27/48(М) ∙ 35/54] или [72/33(М) ∙ 35/54]},

Колесо Z54 является звеном соединения внутренней и внешней связей данной группы.

Рассматриваемая группа воспроизводит сложное движение с незамкнутой траекторией, настраиваемое по пяти параметрам. На траекторию – гитарой i_проф; на скорость - гитарой i_s; на направление – реверсом Р₁; на исходную точку – перемещением продольного стола с помощью тягового вала ТВ; на путь – установленными на продольном столе упорами, обеспечивающими связь механики с электроавтоматикой станка.

Выведем ФН для органов настройки i_v, i_м2, i_проф и i_s.

Орган настройки i_v (сменные шкивы). РП:

п_М мин^-1 электродвигателя М → п_ш мин^-1 шпинделя.

УКЦ:

п_ш = (п_М = 2800) · d₁/d₂.

ФН:

d₁d₂ = п_ш/2800.

Орган настройки i_м2. РП:

п_м2 мин ^-1→ п дв. х./мин ползуна

УКЦ (ФН):

п ={470, 710, 950, 1400} ∙1/8 = { 59, 89, 119, 175 } дв. х./мин

Рис. 3.21. Кинематическая схема зубошлифовального станка

 

Гитара i_проф . РП:

L перемещ. в движении (П₃) → L/π m Z в движении (В₄).

УКЦ:

L/π m z = L/(t_тв = 2π) ∙ 96/24 ∙ i_проф ∙(i_∑^в =(27/36) ∙(21/42)) ∙ 1/90.

ФН: i_проф = 120/mz.

Гитара i_s. Скорость движения Ф_s задается через минутную подачу продольного стола в движении П₃. Следовательно, кинематическая цепь, связывающая электродвигатель М₃ с тяговым валом продольного стола является расчетной цепью для вывода ФН. Поэтому РП:

п_М3 мин ^-1 → s мм перемещения продольного стола (П₃).

УКЦ:

s = (п_м3 = 1400) ∙ 3/35 ∙ 40/40 ∙ (i_s ∙ 27/48 или 72/33) ∙ 38/54 ∙ 27/96 ∙ (t_ТВ=2π).

Решая УКЦ, получим ФН и значение ускоренной подачи, обеспечивающей в конце обработки каждого зуба возвращение продольного стола в исходную точку.

ФН:

i_s = s /69; s_{ускорен.}= 310 мм/мин

Группа движения Д(В₅). Ее внутренняя связь – элементарная вращательная пара:

продольный стол – делительный стол(В₅).

Внешняя связь:

М₃ → i_ск.дел→(i = 1) → механизм деления → i_дел → i_∑^z → 1/90 →;

делитель стол (В₅).

Движение деления простое с незамкнутой траекторией и настраивается по трем параметрам: на путь – гитарой деления i_дел; на скорость – гитарой скорости деления i_ск.дел; на исходную точку – вручную при наладке станка.

Группы движений Ф_s2(П₃В₄) и Д(В₅) имеют общее исполнительное звен – делительный стол. Поэтому они кинематически соединены между собой цилиндрическим дифференциалом ∑, который позволяет, не прекращая движения обката, выполнить движение деления. Поэтому во время движения деления делительный стол получает суммарное движение В₄ ± В₅. При этом процесс деления осуществляется тогда, когда включена муфта 1 и вынут из прорезей делительных дисков Д₁ и Д₂ фиксатор 11, и оканчивается после западания фиксатора одновременно в прорези обоих делительных дисков и отключения муфты 1. Так как шлифование впадин между зубьями обрабатываемого колеса происходит последовательно, то за время одного делительного цикла делительный стол с обрабатываемым колесом поворачивается на 1/z полного оборота, где z – число зубьев обрабатываемого колеса.

Во внешней связи рассматриваемой группы расположено две гитары сменных зубчатых колес. Следовательно, для вывода ФН для обеих гитар необходимы две расчетные цепи.

Гитара i_дел. Отсчетным звеном для расчетной цепи деления является делительный диск Д₁. Причем цикл деления осуществляется только при вращении этого диска. Следовательно, РП для расчетной цепи

п_Д1 оборотов делит. диска Д₁ → 1/Z оборота делит. стола.

УКЦ:

1/z = п_Д1 ∙ i_дел ∙ i_∑^z ∙ 1/90,

где i_∑^z – передаточное отношение дифференциала при остановленном центральном колесе, имеющем 27 зубьев.

ФН:

i_дел = 90 / п_Д1 ∙ i_∑^z ∙Z

Определим численное значение п_Д1 за один делительный цикл и передаточное отношение дифференциала i_∑^z.

После того как фиксатор 11 вынут из прорезей дисков Д₁ и Д₂, они начинают вращаться с различными скоростями. Через некоторое время прорези дисков окажутся в одной плоскости, и фиксатор западет одновременно в прорези обоих дисков. В этот момент оканчивается делительный цикл. Подсчитаем относительные повороты дисков. За один оборот диска Д₁ диск Д₂ должен сделать (84/24) ∙ (27/81) = 7/6 оборота. Следовательно, диск Д₂ вращается быстрее диска Д₁, и за время делительного цикла диск Д₂ делает 7 оборотов, а диск Д₁ – шесть оборотов, т.е. п_Д1 = 6.

Передаточное отношение дифференциала определим по формуле Виллиса:

После преобразований получим

,

откуда

i_∑^z = 5/8; i_∑^в = 3/8.

С учетом численных значений п_Д1 и i_∑^z ФН гитары деления имеет вид:

i_дел = 24/z.

Гитара i_ск.дел служит для настройки скорости цикла деления посредством задания круговой частоты делительного диска Д₁. Расчетная цепь связывает электродвигатель М₃ с делительным диском Д₁.

РП:

(п_М3 =(1400/60)∙ t)) об. электродвигателя → 6 об делительного диска Д₁,

где t – время делительного цикла, сек.

УКЦ:

1400/60 ∙ t = 6 ∙ 84/24 ∙ 1 ∙ 1/i_ск.дел.

ФН:

.

В станке предусмотрена также вспомогательная группа правки шлифовального круга (на схеме не показана).

Зубошлифовальные станки, работающие дисковыми и тарельчатыми абразивными кругами, имеют невысокую производительность. Поэтому для ее повышения все большее применение получают способы абразивной обработки червячными кругами. Кинематическая структура формообразующей части станков, работающих червячными кругами, аналогична кинематической структуре зубофрезерных и шлицефрезерных станков, работающих червячными фрезами. Кинематическая схема соответствующего зубошлифовального станка модели 5В833 приведена на рис. 3.22. На станке шлифуют зубчатые колеса с прямыми и винтовыми зубьями диаметром от 20 до 200 мм с модулем 0,3 – 3 мм; наибольшая высота колеса при β=0 равна 100 мм; наибольший диаметр абразивного червяка - 400 мм. Кинематическая структура станка состоит из двух частных структур, из которых одна предназначена для обработки колес с прямыми зубьями, а другая – для обработки колес с винтовыми зубьями.

Формообразующая часть первой из названных частных структур включает сложную группу скорости резания, Ф_v(В₁В₂), воспроизводящей профиль

зубьев, и группу вертикальной подачи Ф_s(П₃), воспроизводящей прямую линию зуба по длине. Формообразующая часть другой частной структуры должна состоять из двух сложных групп: Ф_v(В₁В)₂, воспроизводящей профиль зубьев, и Ф_s(П₃В₄), воспроизводящей винтовую линию зуба. Следовательно, в структуре станка должен быть дифференциал для физического сложения движений В₂ и В₄ на одном исполнительном звене – делительном столе, входящем в обе формообразующие группы. Однако в станке нет дифференциала. Поэтому сложение этих движений осуществляется алгебраически. Условия

такого сложения приведены выше при анализе кинематики шлицефрезерного и зубофрезерного станков. В итоге обе группы обсуждаемой структуры трансформируются к виду Ф_v(В₁В₂ ± В₄) и Ф_s(П₃).

Рис. 3.22. Кинематическая схема зубошлифовального станка модели 5В833

 

Группа обката Ф_v при профилировании воспроизводит станочное зацепление червяк – червячное колесо. Ее особенность – применение двух синхронных электродвигателей и синхронной электрической связи между ними, осуществляющей согласование круговых частот абразивного червяка и шлифуемого колеса.

Внутренняя связь группы:

абразивный червяк (В₁) → 99/99 → М₁ → М₂ → 60/80 → [i_x=(a/b) (c/d) (e/f)] → 26/156→ шлифуемое колесо(В₂) или (В₂±В₄).

Внешних связей, обеспечивающих внутреннюю связь энергией движения, две.

Первая внешняя связь:

М₁ → 99/99 → абразивный червяк.

Вторая внешняя связь:

М₂ → 60/80 → i_x → 26/156 → шлифуемое колесо.

Звено соединения связей – «электрический вал», или система синхронизации, связывающая оба электродвигателя.

Группа настраивается на траекторию – гитарой сменных зубчатых колес i_x. Орган настройки на скорость не предусмотрен. Поэтому, скорость резания зависит только от диаметра абразивного круга.

Выведем ФН для гитары i_x. РП при шлифовании прямозубого колеса:

1 об. абразивного червяка (В₁) → k/z об. шлифуемого колеса (В₂).

УКЦ:

k/z = 1∙(99/99)∙(п_М1=1500/п_М2=1500)∙(60/80)∙[i_x=(a/b) (c/d) (e/f)]∙(26/156).

ФН при однозаходном абразивном червяке (k = 1):

- для z = 12 – 24 при e/f = 58/58, i_x = (a/b) (c/d) = 8/z;

-для z = 24 – 200 при e/f =29/87, i_x = (a/b) (c/d) = 8/3z.

РП при шлифовании колеса с винтовым зубом:

1 об. абразивного червяка (В₁) → z/k (1 ± s_в/T) об. шлифуемого колеса (В₂±В₄),

где T – шаг винтовой линии зуба шлифуемого колеса; s_в – вертикальная подача червяка.

УКЦ:

z/k (1 ± s_в /T) = 1∙(99/99)∙(1500/1500)∙i_x.

ФН при e/f = 58/58:

i_x = (a/b) (c/d) = 8/[z(1±s_в/T)].

Правила выбора знаков «+» или «-» и установки абразивного червяка такие же как и при установки червячной фрезы при обработке цилиндрических зубчатых колес.

Для создания постоянного момента на шпинделе шлифуемого колеса и выборки зазора кинематической цепи электродвигатель М₂ – шпиндель установлен гидротормоз, вращающийся от шпиндельной шестерни 156, через шестерню 26 и сменные шестерни k и m.

Группа Ф_s(П₃) сообщает поступательно-возвратное движение вертикальной подачи суппорту шлифуемого колеса. Внутренняя связь группы:

вертикальные направляющие → суппорт,

Внешняя связь – кинематическая цепь:

М → 50/70 (или 68/52) → 1/34 → ТВ → суппорт (П₃).

В этой группе используется регулируемый электродвигатель. Диапазон его регулирования совместно с двухступенчатым перебором, переключаемым электромагнитными муфтами ЭМ1 и ЭМ2, обеспечивает подачу 3,78 – 165 мм/мин. Другие параметры настройки: исходная точка, путь и направление устанавливаются по упорам, обеспечивающим соответствующие переключения в схеме электроавтоматики. Одновременно с изменением направления движения вертикальной подачи синхронно изменяется направление движения Ф_v.

В станке предусмотрены также кинематические группы врезания и правки абразивного круга. Группа врезания Вр(П₄) – простая. Ее внутренняя связь:

горизонтальные направляющие → шлифовальная бабка.

Внешняя связь:

гидроцилиндр 1 → шестерня 35 → храповой механизм → винт 2 → ры чаг 3 → следящий золотник 4 → гидроцилиндр 5 с поршнем-винтом 6 → шлифовальная бабка (П₄).

Группа работает следующим образом. По команде от системы управления рейка поршень гидроцилиндра 1 сообщает качательное движение шестерне 35, связанной с водилом собачки храпового механизма. Собачка поворачивает храповое колесо 120, а вместе с ним винт 2, который через рычаг 3 перемещает следящий золотник 4, перемещающий поршень-винт 6 гидроцилиндра 5 вместе с шлифовальной бабкой. Подачу врезания (параметр «скорость») настраивают по лимбу 7 через зубчатую передачу 24/180 на храповое колесо 120. Диапозон радиальной подачи врезания на один ход суппорта 0,02 – 0,08 мм. Команда на радиальное смещение шлифовальной бабки осуществляется от гидроэлектрического золотника, управляющего рейкой-поршнем, при подаче сигналов от конечного выключателя, установленного на стойке и регистрирующего крайнее положение при ходе суппорта шлифуемого колеса. Наладочное радиальное перемещение шлифовальной бабки осуществляют вручную от маховика 8 через передачу 30/75 на винт 6.

Вспомогательная группа правки абразивного червяка Вс(В₅П₆) –сложная. Ее внутренняя связь:

(В₅) накатник → абразивный червяк → 90/90 →

1/[i_y = (a₁/b₁) (c₁/d₁)] → 66/66 → ТВ (П₆).

Внешняя связь:

М₃ → 26/78 → 2/36 → 62/64 → вал, несущий колесо z = 90.

Группа настраивается на траекторию – гитарой i_y; на скорость – изменением круговой частоты двухскоростного электродвигателя М₃; на путь и исходную точку – упорами системы управления.

Гитара i_y. РП:

1 об. абразивного червяка → πm_n перемещения накатника на шаг червяка,

где m_n – модуль нормальный абразивного червяка.

УКЦ:

πm_n – 1 (90/90) i_y (66/66) (t_ТВ = 2π). ФН: i_y = m_n/2.

Модуль многониточного накатника равен или больше в целое число раз нормального модуля абразивного червяка.

Абразивный червяк правится при малых скоростях и выключенном электродвигателе М₁ по расчетной кинематической цепи (УКЦ):

п = 1420 или 2850 (26/78) (2/36) (62/64) (90/90)=25 или 50 мин^-1.

Первое значение круговой частоты абразивного круга используется при правке на рабочем ходе, второе значение – при правке на ускоренном ходе.. Правка абразивного червяка бывает предварительная и окончательная и выполняется многониточным накатником или алмазными резцами. Накатник приводится во вращение абразивным червяком. Алмазные резцы устанавливают вдоль образующих профиля червяка в одной плоскости. Контроль профиля витка абразивного червяка осуществляют микроскопом, устанавливаемым на салазках механизма правки.

Поворот суппорта на угол наклона зуба шлифуемого колеса осуществляют вручную квадратом однозаходного червяка червячного колеса 25. Смещение стойки с суппортом в горизонтальной плоскости для использования рабочей ширины абразивного червяка при шлифовании зубчатых колес осуществляют вручную маховиком 9 через передачу 20/100 и передачу винт – гайка 10. Гидросистема станка обеспечивает зажим шлифуемых колес, поджим заднего подшипника шпинделя абразивного червяка, выбор зазора в делительной цепи гидротормоза и отвод шлифовальной бабки.