УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ПЕРЕДАТОЧНОГО ОТНОШЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ТОКАРНО-ВИНТОРЕЗНОГО СТАНКА Российский патент 1996 года по МПК B23B5/00 B23F23/00 

Изобретение относится к станкостроению, а именно к устройствам для настройки передаточного отношения кинематической цепи токарно-винторезного станка, и может быть использовано для нарезания винтовых поверхностей, например косых эвольвентных зубьев на колесах планетарных зубчатых экструдеров, у которых отношение ширины зубчатого венца к диаметру может достигать 25 и более, а также точных ходовых винтов и гаек.

При изготовлении планетарного зубчатого экструдера возникает задача нарезания зубьев эпицикла с внутренними зубьями, солнечного колеса, сателлитов, соотношение делительных диаметров которых определяется требованиями производительности и других эксплуатационных качеств экструдера. При этом углы наклона зубьев всех колес должны быть одинаковы, соответственно, осевые шаги винтовых линий, определяемые из выражения
H = πdctgβ где:
где d делительный диаметр зубчатого колеса,
β угол наклона зубьев,
различны и пропорциональны делительным диаметрам зубчатых колес.

Для получения требуемого прилегания контактирующих зубьев колес планетарного экструдера необходимо при нарезании зубьев всех зубчатых колес обеспечить расчетные значения осевых шагов винтовых линий зубьев по меньшей мере с точностью до единицы третьего десятичного знака. Помимо этого требуется введение продольной нелинейной коррекции формы зубьев, позволяющее выровнять удельные контактные нагрузки по ширине венцов зубчатых колес планетарного экструдера и тем самым повысить долговечность изделия. Широко распространенные токарно-винторезные станки по своим основным параметрам могут быть использованы для нарезания зубьев колес планетарных экструдеров. Но передаточное отношение кинематической цепи токарно-винторезного станка, определяющее величину перемещения суппорта за один оборот шпинделя, может быть выбрано только из дискретного ряда значений, задаваемых зубчатой коробкой передач станка и гитарой подач. При этом ближайшие по значению передаточные отношения из имеющегося ряда, как правило, недопустимо отличаются от расчетного, требуемого для обработки указанных винтовых поверхностей.

Известно устройство для настройки передаточного отношения кинематической цепи токарно-винторезного станка, в частности, зубообрабатывающего станка, в котором входной и выходной валы связаны между собой [1]
К недостаткам указанного устройства следует отнести необходимость ручного подбора сменных колес, большие затраты времени на их подбор и настройку. Ограниченные возможности выбора указанных сменных колес снижают также технологические возможности станка.

Наиболее близким к изобретению является устройство для настройки передаточного отношения кинематической цепи зубообрабатывающего станка, которое может быть использовано для настройки передаточного отношения кинематической цепи токарно-винторезного станка при нарезании зубьев колес планетарных экструдеров. В указанном устройстве входной и выходной валы связаны между собой зубчатым редуктором, выполненным с возможностью изменения передаточного отношения [2] Поскольку при конечном наборе зубчатых колес указанного редуктора и конечном числе зубьев каждого колеса передаточное отношение зубчатого редуктора может принимать только дискретные значения, то для достижения необходимой точности (единицы третьего десятичного знака) настройки передаточного отношения указанное устройство вынужденно получается сложным, содержащим большое количество зубчатых колес, и значит, имеющим большую стоимость и габариты. К недостаткам указанного устройства следует отнести также невозможность обеспечения продольной нелинейной коррекции формы нарезаемых на токарно-винторезном станке зубьев зубчатых колес, требуемой при изготовлении зубчатых планетарных экструдеров для увеличения их долговечности.

Целью изобретения является создание устройства для коррекции передаточного отношения кинематической цепи токарно-винторезного станка, в котором входной и выходной валы связаны между собой таким образом, чтобы обеспечить возможность бесступенчатой регулировки устанавливаемого в пределах хода обработки винтовой поверхности передаточного отношения кинематической цепи станка, а также обеспечить возможность введения продольной нелинейной коррекции формы нарезаемых винтовых поверхностей и, тем самым, упростить конструкцию устройства, его стоимость и габариты, а также расширить функциональные возможности токарно-винторезного станка.

Цель достигается тем, что в устройстве для коррекции передаточного отношения кинематической цепи токарно-винторезного станка, содержащем входной и выходной валы, связанные между собой по меньшей мере одной цилиндрической зубчатой парой, согласно изобретению, одна зубчатая пара выполнена косозубой и одно из зубчатых колес косозубой цилиндрической пары установлено на своем валу с возможностью перемещения в заданных пределах вдоль его оси, при этом устройство содержит средство линейного преобразования вращательного движения входного вала в поступательное и рычаг, выполненный с возможностью плавной регулировки отношения плеч, а также с возможностью качания относительно оси, закрепленной в опоре рычага, при этом рычаг установлен таким образом, что при сообщении одному его концу поступательного движения от средства линейного преобразования вращательного движения входного вала в поступательное, другим своим концом рычаг передает поступательное движение перемещаемому зубчатому колесу.

Бесступенчатая регулировка устанавливаемого в пределах хода обработки винтовой поверхности передаточного отношения кинематической цепи станка достигается введением плавно регулируемой корректирующей добавки передаточного отношения устройства, включенного в кинематическую цепь станка.

Выполнение одной цилиндрической зубчатой пары косозубой, в которой одно из зубчатых колес установлено на своем валу с возможностью перемещения вдоль его оси, позволяет вводить в передаточное отношение устройства корректирующую добавку. Это обеспечивается тем, что указанное перемещение косозубого колеса, находящего в зацеплении с другим косозубым колесом, вызывает дополнительный поворот того из них, которое является ведомым на угол, определяемый выражением
,
где Х величина осевого смещения перемещаемого косозубого колеса,
β₁- угол наклона зубьев колес косозубой пары,
d₁ делительный диаметр ведомого косозубого колеса.

Пределы перемещения косозубого колеса вдоль оси его вала определяются требуемой величиной коррекции передаточного отношения зубчатой передачи, связывающей входной и выходной валы устройства, а также длиной хода обработки винтовой поверхности.

Средство линейного преобразования вращательного движения входного вала в поступательное задает перемещение косозубого колеса, пропорциональное углу поворота входного вала. Таким образом, в передаточное отношение устройства вводится в пределах хода резания постоянная по величине линейная корректирующая добавка. Плавная регулировка величины вводимой корректирующей добавки передаточного отношения устройства обеспечивается регулировкой отношения плеч рычага.

Целесообразно, чтобы средство линейного преобразования вращательного движения входного вала в поступательное было выполнено в виде винта с установленной на нем с возможностью продольного перемещения ходовой гайкой.

Выполнение средства линейного преобразования вращательного движения в поступательное в виде винта с установленной на нем с возможностью перемещения ходовой гайкой обеспечивает равномерное поступательное движение перемещаемого зубчатого колеса.

Целесообразно, чтобы опора рычага была выполнена с возможностью качания относительно оси, параллельной оси качания рычага, при этом устройство содержит кинематическую цепь, преобразующую по заданному закону вращения выходного вала в колебательное движение опоры рычага.

Указанное выполнение опоры рычага и наличие указанной кинематической цепи обеспечивает возможность введения продольной нелинейной коррекции формы нарезаемых винтовых поверхностей.

На фиг.1 изображено устройство для коррекции передаточного отношения кинематической цепи токарно-винторезного станка, установленное в кинематической цепи станка, и обрабатываемая деталь; на фиг.2 схематично кинематическая цепь качания опоры рычага и рычаг с опорой; на фиг.3 профиль кулачка в кинематической цепи опоры рычага, задающего закон преобразования вращения выходного вала устройства в качание опоры рычага.

На фиг.1 изображены обрабатываемая деталь 1, установленная на токарно-винторезном станке, устройство 2 для коррекции передаточного отношения кинематической цепи указанного станка, установленное в кинематической цепи станка, содержащей шпиндель 3, суппорт 4 с резцом 5, перемещаемом винтом 6. Устройство 2 согласно наилучшему варианту осуществления изобретения, установлено между шпинделем 3 станка и обрабатываемой деталью 1. Возможно любое иное место установки устройства 2 в кинематической цепи станка.

Согласно изобретению, устройство 2 для коррекции передаточного отношения кинематической цепи токарно-винторезного станка содержит входной вал 7, соединенный со шпинделем 3, и выходной вал 8, передающий вращение обрабатываемой детали, связанные между собой посредством двух зубчатых пар 9 и 10, одна из которых 10 выполнена цилиндрической и косозубой. Колесо 11 косозубой пары 10 установлено на выходном валу 8 с возможностью перемещения в заданных пределах вдоль оси выходного вала 8. Возможно, наоборот, выполнение перемещаемым не указанного, а другого колеса 12 пары 10. При этом ширина зубчатого венца первого из колес косозубой пары выбирается известным образом из условия непревышения допустимой удельной нагрузки на зубья, а ширина зубчатого венца другого колеса задается большей, чем первого, и определяется из условия зацепления зубьев косозубой пары по всей ширине венца первого колеса при движении перемещаемого косозубого колеса в заданных пределах. Возможно выполнение устройства 2 с одной зубчатой парой, выполненной в этом случае цилиндрической и косозубой. Количество зубчатых пар определяется требованиями получения минимальных габаритов и заданного передаточного отношения устройства 2. В этом случае, если устройство 2 содержит несколько зубчатых пар, например, как изображено на фиг.1 две, то косозубой может быть выполнена любая из них, а в косозубой паре перемещаемым может быть любое из зубчатых колес пары.

Устройство 2 содержит средство 13 линейного преобразования вращательного движения в поступательное, выполненное в виде винта 14 с установленной на нем с возможностью продольного перемещения ходовой гайкой 15, удерживаемой от поворота. Винтом 14 служит участок промежуточного вала 16. Если в устройстве 2 имеется только одна зубчатая пара, то винтом является участок входного вала 7.

Возможно любое иное известное выполнение средства линейного преобразования вращательного движения в поступательное.

Устройство 2 содержит рычаг 17, выполненный с возможностью плавной регулировки отношения плеч, а также с возможностью качания относительно оси 18 (фиг. 2), закрепленной в опоре 19 рычага 17. Опора 19 рычага 17 содержит разъемную обойму 23 с двумя цапфами, которые являются осью 18 вращения рычага 17. Рычаг 17 фиксируется в обойме при стягивании ее болтами (не показаны). Концы рычага 17 выполнены в виде роликов 21, 22, установленных с возможностью поворота и перемещения в пазах 23, выполненных в ходовой гайке 15 и перемещаемом косозубом колесе 11, соответственно. При этом глубина пазов 23 выполнена такой, чтобы обеспечить регулировку отношения плеч рычага 17. Между одним из роликов, например роликом 22, и обоймой 20 установлены плоскопараллельные меры 24, общая толщина которых задает величину отношения плеч рычага.

Опора 19 рычага 17 выполнена с возможностью качания относительно оси 25, параллельной оси 18 качания рычага 17. При этом оси 18 и 25 разнесены одна относительно другой на расстояние.

Кинематическая цепь 26 опоры 19 включает в себя зубчатую передачу 27, содержащую установленное на выходном валу 8 зубчатое колесо 28, связывающую выходной вал 8 с кулачком 29 (фиг.3). Передаточное отношение зубчатой передачи 27 (фиг.2) выбирается таким образом, чтобы кулачок 29 совершал не более одного оборота, при прохождении резцом 5 всего интервала обработки винтовой поверхности.

Кулачок 29 посредством рычага 30, тяги 31 и рычага 32 кинематически связан с опорой 19 рычага 17. Опора 19 рычага 17 через ось 18 и рычаг 17 связана с перемещаемым косозубым колесом 11. Передаточное отношение последней связи является отношением величины осевого перемещения косозубого колеса 11 к составляющей перемещения оси рычага 18 вдоль оси косозубого колеса 11, вызываемого поворотом опоры рычага 17 относительно оси 25. Указанное передаточное отношение равно отношению длины рычага к длине его плеча между осью 18 и осью ролика 22. Профиль кулачка 29 рассчитывается с учетом передаточного отношения кинематической цепи: выходной вал 8, кулачок 29, выходной вал 8 с замкнутой обратной связью, в соответствии с требуемыми законом продольной нелинейной коррекции формы обрабатываемой винтовой поверхности.

Настройка предлагаемого устройства на конкретные параметры обработки приведена ниже на примере нарезания зубьев солнечного колеса планетарного экструдера.

Параметры колеса: модуль m_n 3 мм, число зубьев Z 27, угол наклона зубьев β = 45^°, ширина зубчатого венца b 1000 мм. На токарном станке устанавливается подача (перемещение суппорта 4 на один оборот шпинделя 3) S 112 мм/об.

Делительный диаметр солнечного колеса

Шаг винтовой линии зуба солнечного колеса
H = πdctgβ = 359,87355 мм
Номинальное передаточное отношение устройства 2
i_н H/S 3,21315
В связи со сложностью конструкции зубчатой пары 10 ее передаточное отношение сохраняется фиксированным i₁₀ 2, при значениях чисел зубьев колес 11 и 12, соответственно, Z₁₁ 82, Z₁₂ 41. При настройке устройства 2 изменяется только передаточное отношение зубчатой пары 9 путем замены зубчатых колес. При передаточном отношении зубчатой пары 9, получим наиболее близкое значение фактического передаточного отношения устройства 2 к номинальному
i_ф i₉•i₁₀ 3,22449
Число оборотов шпинделя 3 станка на длине обработки b равно

Число оборотов выходного вала 8 устройства 2 на длине обработки b номинальное
n_н n_шп/i_н 2,77876
фактическое
n_ф n_шп/i_ф 2,76899
Требуемый дополнительный угол поворота выходного вала 8, реализуемый осевым перемещением косозубого колеса 11 с помощью рычага 17, равен
ΔΦ = (n_н - n_ф)360^° = 3,5172^° (n_р n_ф)360^o 3,5172^o
Угол наклона зубьев косозубой пары 11 β₁ = 16,06666^°, модуль m_n 3 мм, делительный диаметр колеса 11, . Дополнительное окружное перемещение колеса 11 на делительной окружности, обеспечивающее равенство фактического передаточного отношения номинальному

Перемещение гайки 15 при передаточном отношении рычага 17 i 1

Число оборотов промежуточного вала 16
n_пр n_шп/i₉ 5,53797
Расчетный шаг резьбы гайки 15

Принимаем шаг резьбы t 5 мм, тогда требуемое передаточное отношение рычага 17

В конструкции устройства 2 расстояние между осями роликов 21 и 22 принято равным L 192 мм. Для изменения передаточного отношения рычага 17 его середина должна быть смещена относительно оси качания на величину Z, определяемую из уравнения

Следовательно, длины плеч рычага 17
L₁ L/2 Z 95,28772 мм, L₂ L/2 + Z 96,71228 мм
Настройка длин плеч рычага 17 осуществляется с помощью плоскопараллельных концевых мер, поэтому ошибка установки длин может быть принята равной 0,005 мм, тогда фактическое передаточное отношение рычага 17

Ошибка окружного перемещения нарезаемого солнечного колеса, отсчитываемого по его делительной окружности, обусловленная погрешностью настройки передаточного отношения устройства 2

Допуск направления зубьев солнечного колеса планетарного экструдера, соответствующий 7 степени точности по ГОСТ 1643-81, равен 0,040 мм. Таким образом, точность настройки следует считать вполне удовлетворительной.

Рассмотрим далее настройку устройства 2 для нелинейной продольной коррекции зубьев солнечного колеса.

Из расчета деформаций зубчатых колес планетарного экструдера под действием крутящего момента на солнечном колесе получена величина максимального отклонения зубьев в средней части колеса от теоретической винтовой линии зуба, равная δ = 0,52 мм; величина указанного отклонения измеряется в окружном направлении на делительном диаметре. Соответственно, величина окружного перемещения на делительном диаметре колеса 11 будет пропорциональна отношению делительных диаметров колеса 11 и нарезаемого солнечного колеса

осевое перемещение колеса 11

В то же время, как видно из фиг.2

где Δ подъем профиля кулачка;
l₂, l₃ длины плеч рычага 30;
l₁ длина pычага 32.

Соответственно, максимальный подъем профиля кулачка

В принятой конструкции устройства l₂ l₃, l₁ 50 мм, е 5 мм, L 192 мм, поэтому Δ = 10,15 мм,. Если принять погрешность профиля кулачка в пределах 0,1 мм, то погрешность положения винтовой линии не превысит 1% что приемлемо.

Работа предлагаемого устройства в режиме линейной коррекции передаточного отношения кинематической цепи токарно-винторезного станка осуществляется циклически с повторением цикла на каждом ходе обработки детали. В начале цикла все звенья кинематической цепи устройства 2 находятся в исходном положении, соответствующем положению резца 5 в начале участка обработки детали 1.

Цикл работы устройства 2 совершается следующим образом.

Шпиндель 3 вращает входной вал 17, вращение от которого через зубчатую пару 9 передается промежуточному валу 16, а от него через косозубую пару 10 выходному валу 8 и соединенной с ним обрабатываемой детали 1. Винт 14, являясь частью промежуточного вала 16, вращается вместе с ним и заставляет перемещаться ходовую гайку 15. При своем движении гайка 15 перемещает ролик 21 рычага 17, находящийся в пазу 23 гайки 15. Ролик 22, находящийся на другом конце рычага 17, перемещает в осевом направлении косозубое колесо 11, являющееся ведомым колесом зубчатой пары 10. Косозубое колесо 11, перемещаясь вдоль зубьев зацепляющегося с ним колеса 12, вынуждено дополнительно поворачиваться. В случае, когда перемещаемым выполнено ведущее колесо косозубой пары, его перемещение вызывает дополнительное вращение ведомого колеса. Дополнительное вращение колеса 11, суммирующееся с вышеописанным вращением, непосредственно передаваемым косозубой парой 10, через выходной вал 8 передается обрабатываемой детали 1 в течение всего интервала времени совершения суппортом 4 хода обработки детали 1. При этом косозубое колесо 11 перемещается вдоль оси выходного вала 8 из одного крайнего положения, соответствующего началу участка обработки детали 1, в другое, соответствующее концу участка. По завершении хода обработки резец 5 выводится из контакта с деталью 1 и переводится к началу участка обработки путем включения реверса кинематической цепи станка. При этом все звенья кинематической цепи устройства 2 возвращаются в исходное положение.

В случае необходимости введения нелинейной коррекции формы нарезаемой винтовой поверхности в цикле работы устройства 2 включается кинематическая цепь 26 опоры 19. Зубчатое колесо 28 через зубчатую передачу 27 передает вращение от выходного вала 8 кулачку 29. Кулачок 29 благодаря переменности своего профиля отклоняет рычаг 30, который через тягу 31 и рычаг 32 поворачивает опору 19 рычага 17 на ее оси 25. Поворот опоры 19 вызывает перемещение оси 18 качания рычага 17, составляющая которого, направленная вдоль оси перемещаемого косозубого колеса 11, воздействуя через рычаг 17, вызывает осевое перемещение колеса 11. Колесо 11, взаимодействуя с ведущим колесом 12 в косозубой паре 10, получает благодаря своему осевому перемещению дополнительный поворот, сообщаемый обрабатываемой детали 1. Тем самым, благодаря специально рассчитанному профилю кулачка 29 достигается необходимая нелинейная коррекция формы нарезаемой винтовой поверхности.

Использование: изобретение относится к области станкостроения, а именно к устройствам для настройки передаточного отношения кинематической цепи токарно-винторезного станка. Сущность изобретения: устройство для коррекции передаточного отношения кинематической цепи токарно-винторезного станка содержит входной 7 и выходной 8 валы, связанные между собой по меньшей мере одной цилиндрической зубчатой парой 9 и 10, одна из которых 10 выполнена косозубой и одно из зубчатых колес 11 косозубой цилиндрической пары 10 установлено на своем валу 18 с возможностью перемещения в заданных пределах вдоль его оси. Устройство содержит средство 13 линейного преобразования вращательного движения входного вала 7 в поступательное и рычаг 17, выполненный с возможностью плавной регулировки отношения плеч, а также с возможностью качания относительно оси 18, закрепленной в опоре 19 рычага 17, который установлен таким образом, что при сообщении одному его концу поступательного движения от средства 13 линейного преобразования вращательного движения входного вала 7 в поступательное, другим своим концом рычаг 17 передает поступательное движение перемещаемому зубчатому колесу 11. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для коррекции передаточного отношения кинематической цепи токарно-винторезного станка, содержащее входной и выходной валы, связанные между собой по меньшей мере одной цилиндрической зубчатой парой, отличающееся тем, что одна зубчатая пара выполнена косозубой и одно из зубчатых колес цилиндрической пары установлено на своем валу с возможностью перемещения в заданных пределах вдоль его оси, при этом устройство содержит средство линейного преобразования вращательного движения входного вала в поступательное и рычаг, выполненный с возможностью плавной регулировки отношения плеч и с возможностью качания относительно оси, закрепленной в опоре рычага, при этом рычаг установлен таким образом, что при сообщении одному его концу поступательного движения от средства линейного преобразования вращательного движения входного вала в поступательное другим своим концом рычаг передает движение перемещаемому зубчатому колесу. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство линейного преобразования вращательного движения входного вала в поступательное выполнено в виде винта с установленной на нем с возможностью продольного перемещения ходовой гайки. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что опора рычага выполнена с возможностью качания относительно оси, параллельной оси качания рычага, при этом устройство содержит кинематическую цепь, преобразующую по заданному закону вращение выходного вала в колебательное движение опоры рычага.