Зуборезный станок. Устройство и разновидности зубодолбежных станков

Зуборезный (долбежный) станок — агрегат, предназначенный для нарезания зубьев на колесах цилиндрического типа и обработки зубчатых секторов конструкций внешнего и внутреннего зацепления, с винтовым, косым либо прямым зубом.

В данной статье представлены зубодолбежные станки. Мы изучим их конструкцию и принцип работы, рассмотрим наиболее распространенные модели и дадим рекомендации по настройке данного оборудования.

1 Область применения и принцип работы

С помощью зубодолбежных станков можно выполнить нарезку шевронного либо червячного колеса прямозубого или косозубого типа. Функциональность агрегатов расширяется при их комплектации специальным устройством — фрезой дискового либо пальцевого типа, которая позволяет нарезать любые типы колес с внутренним зацеплением. При этом дисковая фреза является многофункциональной, установив ее можно не только обрабатывать зубья, но и выполнять прорезку внутренней плоскости детали.

Современные зубодолбежные станки позволяют с высокой точностью формировать зубья на колесах минимального размера (до 12 мм включительно), при этом посредством червячной фрезы может быть нанесено до 30 модулей, до 40 — дисковой фрезой, и до 75 — пальцевым долбяком. Если же агрегат оснащен системой реверсного хода, то нарезать зубья можно даже на колесах с закрытым углом шеврона.

Основным рабочим инструментом зубодолбежного станка является долбяк — жестко зафиксированное зубчатое колесо, одна сторона которого крепится к несущей раме станка, а вторая контактирует с обрабатываемой заготовкой и с помощью режущей кромки, изготовленной из высокотвердого сплава, формирует на ней зубья.

Зубья на заготовках нарезаются по технологии обкатки, при этом профиль выступов на долбяке может не соответствовать с требуемой конфигурацией профиля детали. Это позволяет посредством одного и того же долбяка нарезать заготовки с отличающимся количеством зубьев.

Перед началом работы зуборезный станок всегда обкатывается. Суть обкатки заключается в подборе правильного соотношения зубьев рабочего инструмента по отношению к профилю заготовки. В процессе обкатки деталь и долбяк вращаются каждый вокруг своих осей, при это при нарезке внешних колес вращение разностороннее, внутренних — одностороннее.

При нарезке долбяку сообщаются не только вращательное, но и поступательное движение, благодаря которому профилированная кромка долбяка вырезает (долбит) зубья на контактирующей с ней кромке заготовки. В самом начале нарезки установить добляк на требуемую глубину невозможно из-за высокого сопротивления металла, поэтому рабочий инструмент врезается в заготовку последовательно, вследствие радиальной подачи, тем самым увеличивая глубину зубьев.

По завершению полного цикла рабочего хода, чтобы зубья долбяка и кромка детали не терлись между собой во время прокручивания колеса в исходное положение, фиксирующий заготовку рабочий стол отодвигается. Также существуют агрегаты, в которых заготовка остается неподвижной, а перемещается сам долбяк.

1.1 Зубодолбежный станок в работе (видео)

1.2 Особенности конструкции

Практически все современные зубодолбежные станки имеют вертикальную компоновку. Основными конструктивными узлами агрегата являются:

Станина.
Гитара обкатки.
Шпиндель, в котором зафиксирован долбяк.
Рабочий стол, в котором крепится заготовка.
Штоссель.
Направляющая суппорта.
Гитара (круговая подача).
Рычаг установки глубины врезания.
Долбежный суппорт.
Гитара (радиальная подача).
Механизм врезки.
Механизм привода кулачка.
Кулачок врезания.

Кинематическую схема оборудования данного типа рассмотрим на примере станка 5М14. Она состоит из четырех основных цепей — главного движения, радиальной подачи, обкатки и круговой подачи. За главную подачу отвечает электропривод, момент вращения от которого передается на шпиндель через клиноременную передачу и коробку скоростей.

Станок зубодолбежный 5М14 оснащается зубчатой коробкой скоростей, позволяющей получать 4 скорости хода рабочего инструмента. Регулировка скоростей выполняется посредством изменения положения шестерней коробки. Помимо основного двигателя в станке предусмотрено 3 вспомогательных привода, первый из которых отвечает за быстрого вращение рабочего стола, а от остальных работает гидропривод и насос системы охлаждения. Защита приводов от перегрузки обеспечивается встроенными тепловыми реле класса PTI-PТ4.

2 Распространенные модели оборудования

Зуборезный станок 5М14, конструкцию которого мы рассмотрели в предыдущем разделе статьи, являлся одним из наиболее востребованных долбежных агрегатов во времена СССР, используется он в машиностроительной промышленности и по сей день.

В базовой комплектации станок зубодолбежный 5М14 может выполнять нарезку прямозубых колес цилиндрического типа, однако изготовленное по спецзаказу оборудование оснащалось винтовыми направляющими, позволяющими нарезать винтовые зубья.

Рассмотрим технические характеристики данного агрегата:

диаметры обрабатываемых колес — от 20 до 500 мм;
максимальная ширина нарезаемых зубьев: при наружном зацеплении — 105 мм, при внутреннем — 75 мм;
диапазон нарезаемых модулей — от 2 до 6 мм;
угол наклона зубьев — до 23 градусов;
ход штросселя — до 125 мм;
расстояние шпиндель-стол — до 350 мм;
количество двойных ходов долбяка — 400, 265, 179 и 124 мм.

5М14 оснащен электроприводом мощностью 2800 Вт. Данная модель является крупногабаритным стационарным оборудованием, имеющим размеры 180*135*220 см и вес 3.5 тонн. В качестве ее аналога можно рассматривать зубодолбежный станок 5140, имеющий схожие характеристики и функциональные возможности, который отличается увеличенным до 8 мм модулем нарезаемого колеса.

Среди компактных моделей выделим зуборезный станок 5В12. Как и рассмотренные выше агрегаты он произведен на Корсунь-Шевченковском станкостроительном заводе. Это высокопроизводительное устройство, способное без смены комплектации нарезать прямые и косые зубья на колесах цилиндрического типа с внутренним и наружным зацеплением.

Данная модель отличается сравнительной простотой настройки, что позволяет использовать ее в сфере мелкосерийного производства. Станок является полностью автоматизированным в пределах 1-го рабочего цикла. Рассмотрим функциональные возможности 5В12:

диаметры обрабатываемых колес — от 12 до 208 мм;
максимальная ширина нарезаемых зубьев: при наружном зацеплении — 50 мм, при внутреннем — 30 мм;
диапазон нарезаемых модулей — от 2 до 4 мм;
ход штросселя — до 50 мм;
максимальное продольное перемещение суппорта — 50 мм;
расстояние шпиндель-стол — до 140 мм;
количество двойных ходов долбяка — 600, 425, 315 и 200 мм.

5В12 комплектуется электроприводом мощностью 2200 Вт. Вес станка составляет 1.95 тонн, размеры — 132*94*182 см.

Назначение станка. Станок предназначен для чистового и чернового нарезания конических зубчатых колес с круговыми зубьями, гипоидных колес и шестерен полуобкатных передач на скоростных режимах с высокой степенью точности обработки.

Наиболее целесообразно применение станка в условиях массового и серийного производства.

Основные узлы станка. А-основание станины; Б - приводная коробка; В - стойка станины; Г - обкатная люлька; Д - вертикальный суппорт; Е - бабка изделия; Ж - сменные колеса гитары деления; 3 - поворотная плита; И - стол.

Движения в станке.

Движением резания является вращение резцовой головки.

Движение подачи - перемещение бабки с изделием в направлении резцовой головки.

Движением обкатки и деления является медленное вращение обрабатываемой заготовки и поворот обкатной люльки со шпинделем резцовой головки.

Механический отвод салазок бабки изделия является вспомогательным движением.

Принцип работы. Станок работает как по методу обкатки, так и по методу врезания.

Черновое нарезание зубьев производят методом врезания, при котором образование зубьев осуществляется путем постепенного приближения заготовки к инструменту. В этом случае величина обкатки берется очень малой, необходимой только для того, чтобы после каждого цикла инструмент попадал в соседнюю впадину. Быстрый подвод стола заменяется медленной рабочей подачей, при которой режущий инструмент (резцовая головка) постепенно врезается в заготовку. По достижении полной глубины впадины стол быстро отводится и обкатная люлька поворачивается в обратную сторону.

Метод обкатки используется при чистовом нарезании. При этом необходимо наличие двух движений; движения резания и движения обкатки. Обкаточное движение продолжается в течение всего времени, необходимого для обработки одной впадины. После этого заготовка отводится от инструмента, а люлька, несущая резцовую головку с инструментом, быстро поворачивается в обратном направлении до исходного положения. Заготовка при этом продолжает вращаться в ту же сторону, что и во время обработки. Благодаря этому за время холостого хода люльки заготовка успевает повернуться на определенное число зубьев.

Для нарезания на заготовке всех зубьев необходимо, чтобы они при каждом цикле поворачивались на целое число зубьев, не имеющее общих множителей с числом зубьев нарезаемого колеса. При несоблюдении этого условия инструмент после каждого цикла не будет попадать в новую впадину.

По окончании обработки всех впадин станок автоматически останавливается.

Наличие механизма модификации обкатки позволяет производить нарезание шестерен для полуобкатных передач, а также шестерен с большой длиной образующей начального конуса.

Конструктивные особенности. Отличительной особенностью является отсутствие реверсирования заготовки, непрерывный процесс деления заготовки и реверсирование обкатной люльки с помощью составного колеса. Время холостого хода не зависит от продолжительности цикла обработки.

Перемещение стола с обрабатываемой заготовкой, крепление заготовки на оправке в шпинделе бабки изделия и переключение фрикционной муфты осуществляются гидроприводом.

Кинематика станка. Привод главного движения – двигатель, передачи, сменные колёса a-b-c-d гитары скоростей, передачи, шпиндель.

Привод движения подач – вал от электродвигателя, гитара сменных колёс подачи a1-b1-c1-d1, передачи, барабан.

Привод движения обкатки – вал привода подач, передачи, гитара обката a2-b2-c2-d2, передачи, шпиндель бабки изделия.

Привод медленного вращения обкатной люльки – вал привода подач, передачи, гитара a3-b3-c3-d3, передачи, вращение люльки.

На зуборезных станках зубчатые колеса нарезают в основном методом обкатки (огибания) и только в отдельных случаях методом копирования.

Для «повышения производительности и обеспечения точности обработки зубчатые колеса «нарезают в большинстве случаев за два приема-путем предварительной и окончательной (чистовой) обработки. Причем на одних станках стараются производить только предварительную обработку, а на других - только окончательную обработку. При предварительной обработке снимается 80-85% припуска и для повышения производительности нарезание колес ведется при большой глубине и подаче с максимально допустимой скоростью резания. Ввиду различных условий работы и различных требований предварительная и окончательная обработка производится режущими.инструментами разной геометрии, а иногда и на станках разных типов. Предварительная обработка ведется на наиболее производительных и менее точных станках, а окончательная-на более точных станках.

Парк металлорежущих станков, в том числе и зуборезных, имеет большое количество типов станков. По принятой в СССР классификации все станки разделяются на девять групп (токарные, сверлильные, фрезерные, зубообрабатывающие и т. п.). Каждая группа станков разделяется на типы-, а каждый гил станков разделяется по размерам станков или по размерам обрабатываемых деталей. Зуборезные станки относятся к 5-й группе.

В зависимости от применяемого режущего инструмента зуборезные станки разделяются на следующие типы: тип 1 - зубодолбежные станки; тип 2-зубострогальные станки; тип 3 - зубофрезерные станки;

тип 4 - станки для нарезания червячных пар;

тип 5 - станки зубозакругляющие для обработки торцов зубьев;

тип 6 - резьбофрезерные станки;

тип 7 - зубоотделочные и проверочные станки;.

тип 8 - зубошлифовальные станки;

тип 9 - разные зубообрабатывающие станки.

Наибольшее распространение в промышленности имеют станки:

а) з у б о ф р-е з е р н ы е, нарезающие зубчатые колеса червячной фрезой. На этих станках нарезают цилиндрические колеса внешнего зацепления с прямым и винтовым зубом, червячные колеса, а также шлицевые валики и др.;

б) зубодолбежные, нарезающие зубчатые колеса долбяком. На этих станках нарезают цилиндрические колеса с прямым и винтовым зубом наружного и внутреннего зацепления, блоки зубчатых колес, рейки, храповые колеса и др.;

в) зубострогальные, нарезающие конические колеса одним или двумя резцами.

Зуборезные станки, так же как и все металлорежущие станки, обозначают номерами из трех или четырех цифр, а иногда - из цифр в сочетании с буквами. Первая цифра показывает номер группы общей классификации металлорежущих станков; вторая-тип станка в данной группе; третья или третья и четвертая, вместе взятые, указывают размер или другой признак станка. Буква, стоящая после первой цифры, означает, что данная модель станка реконструирована, улучшена или модернизирована. Если буква стоит после цифр, то это значит, что на базе основной модели станк"а изготовлен станок с небольшими изменениями, приспосабливающими этот станок к какому-либо определенному виду работ. О таких станках говорят, что они являются модификацией основной (базовой) модели станка. Зуборезные станки, относящиеся к пятой группе в общей классификации станков, вначале имеют цифру 5.

Зубодолбежным станкам присвоена цифра 1, зубострогаль- ным - цифра 2 и зубофрезерным - цифра 3. Таким образом, по первой и второй цифрам всегда можно определить группу и тип станка. Например, станки 5301, 5321, 5330, 5332 относятся к зубофрезерным станкам. Что касается габаритов обрабатываемых на них деталей, то первый станок предназначен для обработки колес диаметром до 100 лш, второй - диаметром до 750 мм, третий - до 1500 мм и четвертый - до 3000 мм.

Несмотря на внешнее различие и на различие в типоразмерах, принцип работы зуборезных станков одного типа одинаков; станки имеют сходную кинематику и одинаковую методику наладки. Так сходны между собой по принципу работы, кинематике и настройке зубофрезерные станки 5Б32, 5Д32, 5Е32, 5К32.

То же самое можно сказать о зубодолбежных станках 512, 5А12, 514, 516 и т. д.

Поэтому наладку зуборезных станков для нарезания зубчатых колес рассмотрим на примере только одного станка из каждого типа станков.

Зубофрезерные станки разделяются на вертикальные и горизонтальные. На вертикальных станках ось оправки, на которую устанавливается заготовка нарезаемого колеса, расположена вертикально, а в горизонталь/ J ных - горизонтально. Наибольшее распространение в промышленности имеют вертикальные зуборезные станки, которые бывают двух исполнений: а) с подвижным столом и неподвижной стойкой и б) с подвижной стойкой и неподвижным столом.

При нарезании зубчатых колес на зубофрезерных станках червячной фрезе и заготовке сообщается такое вращательное движение, которое выполнялось бы червячной передачей, состоящей из червяка и червячного колеса. На 78 приведена принципиальная схема зубофрезерного станка. Заготовка 2 жестко связана с делительным червячным колесом 1, получающим вращение от делительного червяка 5, который сменными колесами кинематически связан с червячной фрезой 3. Соотношение чисел оборотов червячной фрезы и нарезаемого колеса определяется передаточным отношением набора сменных колес 4.

Кроме рассмотренного движения обката, фреза получает движение подачи вдоль оси заготовки вниз при нарезании прямозубых колес. При нарезании червячных колес движение подачи осуществляется радиальным перемещением суппортной стойки с фрезой к заготовке (радиальная подача) или же перемещением фрезы по касательной к заготовке (тангенциальная подача). На 79 приведены схемы рабочих движений фрезы и заготовки. При нарезании цилиндрических колес (79, а) фреза имеет главное вращательное движение 1 и движение подачи 3, а заготовка - вращательное движение 2. При нарезании червячных колес с радиальной подачей (79, б) фреза имеет главное

вращательное движение 1 и движение подачи 4. При нарезании червячных колес с тангенциальной подачей (79, в) фреза устанавливается сразу на полную глубину фрезерования и получает движение подачи 5 вдоль собственной оси.

При нарезании колес с винтовым зубом заготовка получает дополнительное движение в ту или другую сторону в зависимости от угла наклона зубьев.

Согласованность всех рассмотренных движений станка осуществляется настройкой следующих его кинематических цепей:

а) скоростной цепи, устанавливающей числа оборотов фрезы согласно выбранной скорости резания;

б) цепи деления, обеспечивающей вращение фрезы и заготовки;

в) цепи подач, определяющей величину подачи фрезы;

г) цепи дифференциала, обеспечивающей дополнительное вращение заготовки относительно вращения фрезы при нарезании косозубых цилиндрических колес.

Большим преимуществом зубофрезерных станков является их широкая универсальность. Зубофрезерные станки могут нарезать цилиндрические прямозубые и косозубые колеса, червячные колеса и обрабатывать другие детали.

Несмотря на большое разнообразие типоразмеров зубофре- зерных станков как отечественного, так и зарубежного производства, все они работают по одной схеме, имеют сходную кинематику и методику наладки.

Рассмотрим устройство, принцип "работы, кинематическую схему и [порядок наладки широко распространенного зубофрезер- «ого станка 5Д32 для нарезания зубчатых колес средних размеров.

Станки зуборезные используются для нарезки колес для зубчатых передач цилиндрической формы. Они весьма распространены в отрасли машиностроения. Ведь станки отличаются производительностью, а также универсальностью. Кроме того они надежны и весьма точны.

Область применения зуборезных станков

Зуборезные станки позволяют без труда нарезать шевронные или червячные, прямозубые или косозубые колеса. А если в наличии есть дополнительные устройства, то можно с легкостью работать дисковыми или пальцевыми фрезами, летучими резцами, а кроме того можно нарезать любые колеса с внутренним зацеплением. Не исключен и переход от процесса обработки к предварительной прорезке заготовки с помощью дисковой фрезы, которая является высокопроизводительной.

Повышенная точность зуборезного станка получается из-за того, что в случае зубодолбления шестерней режущего типа происходит профилирование зубьевой впадины. Именно по этой причине погрешности внутри делительной цепи, а также погрешности вызванные окружным шагом зубьев долбяка, находящихся в зубодолбежном станке, и ошибки вращательной цепи - все это увеличивает погрешности обработки колеса.

Если проводится работа при помощи червячной фрезы по поверхности зубьев сбоку изделия - будут происходить цикличные повторения. Поэтому для любого элемента зубьев колеса характерно полное соответствие элементам всех других зубьев. А погрешность скапливается в зависимости от точности станка. Ошибки при работе с червячной фрезой негативно отражаются на качестве профиля колеса или основного шага. С помощью червячной фрезы возможна весьма точная нарезка зубчатого колеса.

Нынешние зуборезные станки позволяют располагать заготовку вертикально, что дает возможность точно нарезать зубья на колесах диаметром вплоть до 12 мм, а обработка с использованием червячной фрезы возможна вплоть до 30 модуля. В случае с установленной фрезы дискового типа - до 40 модуля, а с помощью пальцевой - даже 75 модуля. При наличии есть реверсового механизма, который встроен в станок в индивидуальном порядке, появляется возможность нарезать зубчатые колеса при помощи фрезы пальцевого типа даже с закрытым углом шеврона. Также эти станки можно оборудовать специальными насадками, которые могут обрабатывать венцы с зацеплением внутреннего типа до пятидесятого модуля, что достигается использованием пальцевых фрез.

Модификации зуборезных станков

Если есть необходимость произвести обработку шестерных валов, используют станки, в которых ось заготовки установлена горизонтально. Таким образом, обрабатываются прямые или косые, а также шевронные зубья.

Станки, которые работают долбяком-шестерней, не так популярны. Они не так универсальны, имеют небольшую производительную мощь и точность. Обычно такие зуборезные станки используют для нарезки шевронных передач с отсутствующей канавкой, в случае если пальцевая фреза не дает нужной точности.Шевронные зубья образуются при наличии 2-х копиров, а также 2-х долбяков косозубых, которые работают попеременно. На долбежной головке в таком случае закрепляется спец-приспособление для нарезки внутреннего зацепления в венцах.

А станки, которые работают долбаком-гребенкой, весьма точно делают нарезку колес и обеспечивают чистоту поверхности, прошедшей обработку. Но при нарезании ограниченная длина часто приводит к тому, что необходимо производить пересопряжение заготовки и инструмента. Бывает и такое, что весь процесс прерывается, а колесо снова возвращаются в начальное положение, а иногда это происходит с гребенкой. Все это будет длиться до тех пор, пока не нарежутся все необходимые зубья. Тем самым появляются некоторые погрешности.

Если подытожить все вышесказанное, то можно сделать вывод, что с червячной фрезой более точные, чем на гребенчатых или зубчатых.

Цена на зуборезные станки может быть совершенно разной. Все зависит от конкретной модели и функций. Но в среднем сумма на него варьирует в пределах 100000 рублей.

Возможно, будет полезно почитать: