Зубофрезерный полуавтомат 5310

Лабораторная работа № 2

ЗУБОФРЕЗЕРНЫЙ ПОЛУАВТОМАТ 5310

Цель работы – получить практические навыки в работе с зубофрезерным станком. Научиться настраивать (рассчитывать) кинематические цепи станка и находить недостающие звенья в этих цепях – сменные колеса в гитарах каждой цепи; научиться производить настройку станка, его наладку, устанавливать не только заготовку и инструмент, выверять их относительное положение, но и сменные колеса гитар каждой кинематической цепи станка.

Оборудование и инструмент

В данной лабораторной работе используется зубофрезерный полуавтомат модели 5310, режущим инструментом являются модульные червячные фрезы – однозаходные и двухзаходные с модулями:

от m = 1 мм до m = 3 мм для стали;

до m = 4 мм для чугуна и бронзы.

Станок предназначен для нарезания цилиндрических прямозубых, косозубых и червячных колес.

Наиболее простым процессом из указанных является зубофрезерование цилиндрических прямозубых колес с числом зубьев z < 100, поскольку не используется цепь дифференциала, являющаяся слабым звеном зуборезных станков. В полуавтоматах зубофрезерного исполнения предусматривается нарезание зубьев косозубых колес и колес с простым числом зубьев z > 100 с исключением цепи дифференциала, так называемый бездифференциальный метод. Каждый вид обработки может представлять отдельную лабораторную работу. В нашем случае работа заключается в нарезании прямозубого колеса с z < 100.

Общие теоретические сведения

Зубофрезерные станки-полуавтоматы предназначены для получения элементов зубчатых цилиндрических зацеплений: шестерен, зубчатых колес – одиночных и блокированных по 2, по 3 зубчатых венца с прямыми и косыми зубьями, а также червячных колес.

Данные полуавтоматы обладают высокой универсальностью, точностью обработки и производительностью. Фрезерование зубчатых цилиндрических колес производится методом обката. Кинематика формообразования построена по принципу работы червячной пары, где инструмент имитирует червяк (отсюда червячная фреза), а заготовка – червячное колесо. Точность нарезанных зубьев зависит от точности: а) базовых поверхностей заготовки; б) инструмента; в) установки инструмента относительно заготовки.

Можно производить обработку (нарезание зубьев) как одной заготовки, так и пакета заготовок, что значительно повышает производительность работы.

Технические характеристики станка модели 5310

Таблица 2.1.

Основные правила установки и закрепления заготовки на столе зубофрезерного станка

При установке и закреплении заготовки на столе зубофрезерного станка необходимо обеспечить:

Установка инструмента

Червячная фреза подбирается по модулю и углу зацепления, при этом исходным документом является чертеж детали. После установки фрезы проверяется ее биение по контрольному пояску. При наладке станка для нарезания прямозубых и косозубых колес червячную фрезу со шпинделем и суппортом поворачивают на расчетный угол в вертикальной плоскости и устанавливают так, чтобы направление витков (зубьев) фрезы совпадало с направлением нарезанных зубьев колеса. При несоблюдении этого условия профили зубьев будут искажены. Угол и направление поворота фрезы с суппортом определяют в каждом отдельном случае.

Червячные фрезы выпускают право- и левозаходными. Угол подъема витка ω указан на торце фрезы, угол наклона косозубого колеса β задают на чертеже детали (для прямозубого колеса β = 0). Положение фрезы можно определить по табл. 2.2.

В начале фрезерования при включенном приводе главного движения необходимо фрезу опустить, изменив настроечный (установочный) размер, коснуться цилиндрической поверхности заготовки, сближая их. Затем фрезу поднимают до установочного размера ручкой-настройкой ходового винта суппорта, а ходовым винтом стола, пользуясь нониусом (или линейкой), приближают заготовку к фрезе на величину высоты зуба для мелкомодульных колес, обрабатываемых за один проход.

После установки глубины резания, т.е. величины, равной высоте зуба, включают вертикальную подачу.

Установка фрезы и промежуточных сменных зубчатых колес в гитарах деления и подач при нарезке цилиндрических колес с прямым зубом

Таблица 2.2

При настройке двигательной цепи (обработки) частота вращения делительного червяка не должна превышать 1 200 об/мин, т.е. должно выполняться неравенство

Из этого неравенства можно определить минимальное число зубьев нарезаемого колеса в зависимости от числа заходов K. При настройке гитары деления пользуются таблицей чисел нарезаемых зубьев, имеющейся на станке. В случае отсутствия таблицы расчет цепи деления ведется по кинематической схеме.

Расчет кинематических цепей и настройка станка по результатам расчета

Для нарезания цилиндрических зубчатых колес с прямыми зубьями требуется выполнить три движения: главное движение (вращение фрезы), движение деления (обкатки) и движение вертикальной подачи.

При расчете кинематических цепей необходимо пользоваться общей кинематической схемой станка 5310 (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Кинематическая схема зубофрезерного станка модели 5310

Главное движение. Фреза получает вращение от электродвигателя мощностью N = 1,7 кВт с частотой вращения вала n = 1420 об/мин через клиноременную передачу со шкивами d1 = 90 и d2 = 180, зубчатые передачи 30–50, 40–40, А–Б, конические колеса 24–24, 24–24, 17–17, цилиндрическую пару 20–60.

Обозначим число оборотов (частоту вращения) фрезы в минуту через nфр, тогда уравнение кинематической цепи главного движения имеет вид

Откуда

где А, Б – сменные колеса гитары скоростей (цепи главного движения).

Гитара скоростей имеет постоянное расстояние между осями зубчатых колес А и Б, поэтому сумма Z0 их постоянна и равна 65.

Набор сменных зубчатых колес гитары скоростей Z0 взят из паспорта станка и может образовать 8 пар зацеплений с различными передаточными отношениями (рис. 2.2).

Число оборотов фрезы в минуту определяется из формулы скорости резания, при известных V и dфр:

где V выбирают по табл. 2.3.

Возможные варианты зацепления устанавливаемых сменных колес А и Б обеспечивают 8 частот вращения фрезы: от до , т.е. диапазон

Рис. 2.2. Номограмма скоростей резания

Рекомендуемые режимы резания

Таблица 2.3

Движение деления. Движение деления (обкатки) должно обеспечивать согласованное вращение фрезы с вращением заготовки: за один оборот фрезы заготовка должна повернуться на R зубьев, т.е. на своей окружности, где число заходов фрезы, число зубьев нарезаемого колеса.

Фреза и заготовка, установленная на столе станка, связаны между собой кинематически следующей цепью:

В этой цепи колеса e и f выбирают, исходя из данных чертежа зубчатого колеса: при , отношение

При фрезеровании прямых зубьев дифференциал обычно отключается (выходной конец вала дифференциала зажимается хомутом). Поэтому при отключенном дифференциале ( lg = 1 ) сменные колеса гитары цепи деления рассчитывают по формулам:

Сменные шестерни гитары деления представлены на рис. 2.3.

В одном комплекте находится набор сменных колес в количестве 43 штук на гитары деления подач и дифференциала со следующими числами зубьев: 20 – 2 шт.; 23; 24; 25 – 2 шт.; 30; 33; 34; 35; 37; 40; 41; 43; 45; 47; 48; 50; 53; 55; 57; 58; 59; 60; 61; 62; 65; 67; 70; 71; 73; 75; 79; 80; 83; 89; 90; 92; 95; 97; 98; 100.

Рис. 2.3. Сменные шестерни гитары деления (фреза однозаходная)

Формула настройки имеет вид

где K – число заходов фрезы; z – число зубьев нарезаемого колеса.

Перед установкой заготовки на стол (в оправку) станка необходимо проверить её размеры. Для прямозубого колеса диаметр вычисляют по формуле

а толщина венца колеса – по чертежу детали.

При подборе сменных колес 2-парной гитары необходимо проверять возможность их сцепляемости. Эта возможность определяется следующими зависимостями

Таким образом нужно проверить рассчитанные сменные колеса в цепях деления и вертикальной подачи.

Вертикальная подача. При нарезании зубчатых колес величину вертикальной подачи выбирают в зависимости от требуемой шероховатости обрабатываемой поверхности, точности изготовления и необходимой стойкости червячной фрезы. Ориентировочно при черновом фрезеровании величину вертикальной подачи принимают равной 2…4 мм/об. (черновое фрезерование используют для 2-проходной обработки, т.е. высоту зуба делят на 2 неравные части: большая нарезается по черновому фрезерованию, меньшая – чистовой обработкой). При чистовом, а также однопроходном фрезеровании, когда h = hзуба, величина вертикальной подачи берется равной 1,0…1,5 мм/об (табл. 2.4).

Выбранную величину подачи устанавливают сменой зубчатых колес на гитаре цепи вертикальной подачи (рис. 2.4, табл. 2.4, 2.5).

Расчет цепи вертикальной подачи. Под вертикальной подачей Sв, мм, понимается величина перемещения суппорта фрезы по вертикали за один оборот заготовки. Стол с заготовкой и суппорт фрезы связаны кинематической цепью:

где 10 – шаг ходового винта вертикальной подачи, мм.

Рис. 2.4. Эскиз настройки гитары подач

Таблица настройки гитары подач

Таблица 2.4

Величины параметров a, b, c, d в зависимости от числа зубьев

Таблица 2.5

Упростив уравнение относительно

получим

т.е. расчетная формула для настройки вертикальной подачи имеет вид

где задается преподавателем

Комплект сменных колес тот же, что используется в настройке цепи деления.

Таблица установки глубины и высоты фрезерования

Таблица 2.6

Настройка зубофрезерного полуавтомата 5310

После окончания расчетов необходимо произвести наладку станка.

По окончании наладки предъявляют готовность станка к работе учебному мастеру.

Производят пуск станка. После нескольких оборотов (2…5) заготовки убеждаются в правильности расчета цепи деления – зубья фрезы должны попадать в прежде полученные впадины заготовки зубчатого колеса. При неправильной наладке происходит срезание заготовки без явно обозначенных впадин – зубьев (в сравнении с грубой токарной обработкой). В этом случае надо проверить расчет цепи деления, перенастроить гитару деления и повторить пуск.

Далее производят полную обработку зубчатого венца.

По окончании обработки следует отвести стол от фрезы, выключить станок.

Карта отчета по лабораторной работе

Рис. 2.5. Эскиз установки и крепления заготовки

Рис. 2.6. Схема определения угла установки фрезерного суппорта.

Рис. 2.7. Эскиз установки

Фрезеровать зубья зубчатого колеса ; , которое будет в зацеплении с вал – шестерней ;

По таблице 2.6. принимаем:

Сталь 40Х у которой

Тогда скорость обработки по таблице 2.3. составит 20-25 м/мин при черновой обработке и 25-30 м/мин при чистовой обработке. Принимаем среднюю скорость обработки зубчатого колеса .

По номограмме (рис. 2.2.) относительно диаметра фрезы и скорости принимаем рассчитанные значения и .

Частоту оборотов определяем по формуле

Для соблюдения неравенства необходимо выбрать число заходов . Принимаем

Неравенство выполняется.

Расчет гитары сменных зубчатых колес привода главного движения (вращения фрезы).

Гитара скоростей имеет постоянное расстояние между осями зубчатых колес А и Б, поэтому сумма Z0 их постоянна и равна 65.

Определяем А/Б по методу наименьшего общего кратного

Для обработки зубчатого колеса ; принимаем значения , . Тогда скорость будет равна

Расчет гитары сменных зубчатых колес движения деления.

За один оборот фрезы заготовка должна повернуться на R зубьев, т.е. на K/z = 4/36 = 0,11 своей окружности.

Фреза и заготовка, установленная на столе станка, связаны между собой кинематически следующей цепью:

e/f = 1 при z 161

принимаем e = f = 42

Количество зубьев зубчатых колес a, b, c, d принимаем согласно таблице 2.5. Таким образом , , b и c – паразитки число зубьев которых равно . Тогда

Расчет гитары сменных зубчатых колес движения вертикальной подачи.

Как уже ранее отмечалось зубья зубчатого колеса будут нарезаться за 4 прохода т.е. весь припуск разделим на 4. Предположим, что нам нужно снять 4 мм припуска тогда вертикальная подача будет равна 1 мм. Таким образом по таблице 2.4. принимаем:

Вывод – получили практические навыки в работе с зубофрезерным станком. Научились настраивать (рассчитывать) кинематические цепи станка и находить недостающие звенья в этих цепях – сменные колеса в гитарах каждой цепи. Научились производить настройку станка, его наладку, устанавливать не только заготовку и инструмент, выверять их относительное положение, но и сменные колеса гитар каждой кинематической цепи станка.