СТАНОК ДЛЯ ОБРАБОТКИ АРОЧНЫХ ЗУБЬЕВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС Российский патент 1997 года по МПК B23F9/00 

Изобретение относится к станкостроению, в частности кзуборезным станкам, и может быть использовано для фрезерования и шлифования криволинейных /арочных/ по длине зубьев на цилиндрических колесах.

Известен станок, оснащенный инструментальным суппортом, для нарезания цилиндрических зубчатых колес с криволинейными по длине зубьями /а.с. N 1653918 CCCР кл. В 23 F 9/00 от 07.06.91 г./. Суппорт зуборезного станка снабжен двумя градуированными направляющими, одна из которых расположена в основании корпуса, несущего резцовую головку, а другая в основании поперечных салазок, что дает возможность вести отработку зубьев как вдоль линии зацепления, так и под некоторым углом к ней.

Недостатками этого станка является то, что разворот поперечных салазок осуществляется на угол 90^o α_p относительно средней плоскости станка, а шпиндельного узла на направляющих на угол α_p в обратную относительно установки поперечных салазок сторону, и перемещение резцовой головки под углом α_p, где α_p угол между плоскостью резцов и направлением движения салазок, сопровождается ростом кривизны дна впадины нарезаемого зуба /до 10.11 мм при повышении α_tw до 24.25^o/ и искажением профиля нарезаемого зуба, который отличается от эвольвенты другими параметрами по сравнению с центральной /по средней/ плоскости колеса.

Наиболее близким по технической сущности является зуборезный станок для нарезания колес с криволинейными по длине зубьями /его варианты/ а.с. СССР N 1710228, кл. В 23 F 9/00, Б.И. N 5, 1992 г. прототип/, который является дальнейшим развитием конструкции станка по а.с. N 1653918 CCCР, кл. В 23 F 9/00 от 07.06.91 г. с целью его упрощения. Станок содержит станину, на которой размещен инструментальный суппорт с поворотным корпусом, несущим резцовую головку, включающий продольные и поперечные салазки, установленные с возможностью поворота посредством круговых направляющих, выполненных в основании продольных салазок, нижние круговые направляющие инструментального суппорта размещены в станине, а тангенциальное перемещение резцовой головки кинематически связано с обкатным механизмом стола.

Указанный станок /его варианты/ также позволяет вести обработку арочных зубьев колес в направлении угла станочного зацепления при повороте инструментального суппорта относительно станины на угол /90^o α_p/ при установке поворотного корпуса на угол α_p в обратную относительно установки инструментального суппорта. Недостатками этого станка является то, что ось резцовой головки при этом всегда будет наклонена под некоторым углом Δα_p. Поэтому наблюдаются искажения пpофиля нарезаемого зуба, а также получают выемки на дне впадины зуба, что не позволяет обработать кинематически точные зубчатые колеса с арочной формой зуба. Кроме этого, в кинематике указанного станка делительная червячная пара выполняет функции механизма обката и деления, что затрудняет, с одной стороны, настройку станка на обработку различных по диаметру зубчатых колес, а, с другой стороны, не обеспечивает точный делительный процесс при обработке высокоточных арочных зубчатых колес. Поэтому для обработки указанных колес необходимо кинематические цепи обката и единичного деления разъединить.

Станок и его варианты не могут вести одновременную обработку выпуклой и вогнутой сторон арочных зубьев без смены зуборезного инструмента и перенастройки, что снижает производительность обработки. Кроме того, не обеспечивается дополнительная чистовая обработка и шлифование закаленных поверхностей зубьев высокоточных колес.

Наличие нескольких круговых направляющих усложняет конструкцию указанного станка.

Цель изобретения упрощение конструкции станка, повышение производительности и точности, а также расширение его технологических возможностей за счет чистовой обработки закаленных поверхностей арочных зубьев.

Цель достигается тем, что станок для обработки арочных зубьев колес в условиях дискретного обката, содержащий станину, на которой размещены инструментальный суппорт с поворотным корпусом, несущим резцовую головку, включающий продольные и поперечные салазки, установленные с возможностью поворота посредством круговых направляющих, выполненных в основании продольных салазок, нижние направляющие инструментального суппорта размещенные в станине, привод тангенциального перемещения резцовой головки, стол и обкатный механизм стола, отличается тем, что он снабжен вторым правым симметрично расположенным относительно стола инструментальным суппортом, причем направляющие продольных салазок суппортов наклонены под углом, обеспечивающим их перемещение по нормали к плоскости станочного зацепления, а поперечные салазки снабжены дифференциальным приводом ходовых винтов, обеспечивающих их синхронное установочное и колебательное перемещение с инструментом вдоль линии зацепления в противоположном друг другу направлении, при этом стол станка выполнен в виде планшайбы, на которой размещен соосно делительный стол с индивидуальным приводом для осуществления единичного деления, и оборудован регулируемым обкатным механизмом, состоящим из симметрично расположенных относительно планшайбы стола зубчато-реечных пар, приводящих стол во вращение, причем рейки связаны шарнирно с плавающими кулисными камнями кулис, вторые камни которых соединены шарнирно тягами, связанными вторыми концами шарнирно с камнями, размещенными в направляющих рычагов жестко закрепленных на поперечных салазках, а тяги установлены в каретках, перемещаемых приводом в продольном направлении по направляющим в станине, кроме этого, каждый поворотный корпус снабжен шлифовальной головкой, содержащей пиноль шлифовального шпинделя, смещаемую приводом с оси гильзы на величину регулируемого расстояния, при этом гильза совместно с пинолью совершает вращательно-колебательные движения от привода.

Размещение направляющих продольных салазок и их перемещения под углом, например, 20^o к продольной оси стола позволяет упростить конструкцию станка и обеспечить обработку арочных зубьев колес в направлении угла станочного зацепления без поворота оси резцовой головки /инструмента/ по отношению к средней продольной плоскости станка. Использование зубчато-реечного привода неполноповоротных движений стола совместно с коромыслово-кулисным механизмом с двумя плавающими кулисными камнями и тягой, перемещаемой по направляющим в станине вдоль станка при условии жесткого крепления рычага к корпусу поперечных салазок позволяет кинематически точно связано тангенциальное перемещение инструмента и вращение стола с нарезаемым колесом, а также легко и точно настроить станок на обработку любого диаметра нарезаемого колеса. С постановкой на стол станка прецизионного делительного стола решается задача разделения функций обката и деления на планшайбе стола станка. Оснащение поворотного корпуса инструментального суппорта шлифовальной головкой и введение второго правого симметрично расположенного относительно стола инструментального суппорта позволит повысить производительность обработки и расширить технологические возможности станка за счет чистовой обработки закаленных поверхностей арочных зубьев.

На фиг.1 представлена кинематическая схема предлагаемого станка на виде спереди; на фиг.2 то же в плане.

На станине 1 станка на направляющих в поперечном направлении размещены левый 2 и правый 3 инструментальные суппорты, каждый из которых включает в себя поперечные 4, продольные 5 салазки и поворотные корпуса 6, несущие зуборезные 7 и шлифовальные 8 головки. Нарезаемое зубчатое колесо 9 с тумбой закреплено на прецизионном делительном столе 10, который установлен на планшайбе обкатного шпинделя стола 11. Левый 2 инструментальный суппорт предназначен для нарезания выпуклой стороны зуба, правый 3 вогнутой.

Дифференциальный привод левого и правого инструментальных суппортов, обеспечивающий синхронное установочное и колебательное перемещение поперечных салазок, а, следовательно, и головок 7 и 8 вдоль линии зацепления в противоположном друг другу направлении, состоит из электродвигателя 12, дифференциального механизма 13, двух конических передач 14 и 15, фрикционной муфты 16 и двух шариковинтовых передач 17 и 18, винты которых установлены в станине. Колебательное /возвратно-поступательные/ перемещения левого 2 и правого 3 инструментальных суппортов осуществляется от электродвигателя 19 дискретного действия /шагового/ через червячную передачу дифференциального механизма 13.

Продольное перемещение левого и правого инструментальных суппортов осуществляется от электродвигателя 20 посредством редуктора и шариковинтовых передач 21, винты которых установлены в поперечных салазках. Продольные салазки 5 перемещаются по направляющим поперечных салазок 4, выполненных под углом станочного зацепления, например 20^o, к продольной плоскости обкатного стола, что обеспечивает их перемещение по нормали к плоскости станочного зацепления.

Привод зуборезной головки 7 (правой и левой) осуществляется от электродвигателя 22 посредством двухчервячной многозаходной передачи. Вращение головки 8 шлифовального круга, размещенного в опорах пиноли 23, осуществляется от электродвигателя 24 через клиноременную передачу.

Пиноль 23 смещается с оси гильзы 25, размещенной в подшипниковых опорах поворотного корпуса 6 на величину регулируемого расстояния e= R-R_и от электродвигателя 26 посредством шариковинтового механизма 27, где R и R_и радиус кривизны арочного зуба и радиус профилирующей режущей кромки инструмента /шлифовального круга/.

Привод вращательно-колебательного движения гильзы 25 совместно с пинолью 23 и головкой шлифовального круга осуществляется от электродвигателя 28 посредством органа настройки 29 и кривошипного механизма 30.

Регулируемый обкатный механизм станка состоит из зубчатого колеса 31, жестко связанного с планшайбой обкатного шпинделя (стола) 11, двух зубчатых реек 32, симметрично расположенных относительно планшайбы обкатного шпинделя. Каждая рейка 32 связана шарнирно с плавающим кулисным камнем 33 кулисы 34, второй плавающий кулисный камень 35 которой соединен шарнирно с тягой 36. Второй конец тяги 36 связан шарнирно с плавающим камнем 37, размещенным в направляющих рычага 38, жестко закрепленного на поперечных салазках 4. Тяги 36 установлены в каретках 39, перемещаемых от электродвигателя 40 посредством винтового механизма в продольном направлении станка по направляющим в станине 1.

Для шлифования закаленных поверхностей арочных зубьев нарезаемого колеса 9 осуществляют разворот поворотных корпусов 6 левого 2 и правого 3 инструментальных суппортов таким образом, чтобы шлифовальные головки 8 заняли положение в зоне резания. Разворот каждого поворотного корпуса 6 осуществляется от электродвигателя 41 посредством червячной передачи 42 вокруг круговой направляющей 43, размещенной на продольных салазках 5.

Процесс деления на зуб в станке осуществляется автоматически прецизионным делительным столом 10, привод которого состоит из электродвигателя 44 и делительной червячной передачи 45.

Управление станка осуществляется от системы числового программного управления (ЧПУ) /не показано/.

Станок для обработки арочных зубьев колес работает следующим образом. На тумбу делительного стола 10 и планшайбы обкатного шпинделя (стола) 11 устанавливается и закрепляется заготовка нарезаемого зубчатого колеса 9 с данными параметрами /модуль, диаметр, R радиус кривизны арочных зубьев, точность и др./. По команде от ЧПУ с помощью привода от электродвигателя 40 посредством винтового механизма каретки 39 перемещаются по направляющим в станине 1 и устанавливают тяги 36 в такое положение, чтобы реализовать станочное зацепление с заготовкой по начальному цилиндру, с диаметром равному делительному диаметру нарезаемого зубчатого колеса. Затем к наружному цилиндру заготовки колеса 9 с помощью правого инструментального суппорта 3 и продольных салазок 5 подводится зуборезная головка 7 и в режиме обкатка прочерчивается на ее поверхности арочная линия с вогнутой стороной зуба /муфта 16 выключена/. По программе продольные салазки 5 выводят зуборезную головку 7 из зацепления с заготовкой и электродвигатель 44 прецизионного делительного стола 10 поворачивает посредством делительной червячной пары 45 колесо 9 на половину общего числа шагов при четном числе зубьев и на (z/2 0,5) шагов при нечетном. При включенной муфте 16 левый 2 инструментальный суппорт вместе с продольными салазками 5 подводят к заготовке колеса 9 зуборезную головку 7, прочерчивают в режиме обката вторую арочную линию с выпуклой стороной зуба так, чтобы толщина вершины зуба в средней плоскости колеса находилась в заданных пределах. По программе посредством шагового двигателя 19 задаются такие перемещения, чтобы амплитуда А возвратно-поступательных колебательных движений инструментальных суппортов 2 и 3 удовлетворяла соотношению (h+1)≅A(h+2) мм, где h высота профилирующей дуги зуборезных головок.

При выполнении этих условий все точки профилирующей дуги зуборезных головок 7 левого 2 и правого 3 инструментальных суппортов будут с запасом пересекать станочную поверхность зацепления, обеспечивая теоретически точное формирование выпуклой и вогнутой сторон арочных зубьев колеса 9. После настройки работа станка переводится в автоматический режим по заданной программе от ЧПУ.

С началом рабочего хода инструментальных суппортов 2 и 3 их продольные салазки 5 с помощью электродвигателей 20 посредством редукторов и шарико-винтовых передач 21 перемещают поворотные корпуса 6 с зуборезными головками 7 на заданную глубину резания. Затем электродвигатель 12 установочной ветви дифференциального привода ходовых винтов 17 и 18 согласовывает среднее положение инструментальных суппортов 2 и 3 с положением продольных салазок 5 с погрешностью не более ± 0,5 мм, которая не влияет на точность изготовления арочных зубчатых колес.

Электродвигатель 12 по программе перемещает инструментальные суппорты 2 и 3 вместе с поворотными корпусами 6 с зуборезными головками 7 из одного крайнего положения в другое. При этом зуборезные головки 7 инструментального суппорта 3 для вогнутой и инструментального суппорта 2 для выпуклой сторон зубьев получают вращательные движения от двигателей 22 посредством двухчервячной многозаходной передачи, обеспечивая заданную скорость резания. На колесе 9 будут одновременно формироваться в режиме станочного зацепления и обката с зуборезными головками 7 рабочие поверхности двух арочных зубьев с вогнутой и выпуклой сторонами.

При этом обкатка зуборезных головок 7 по делительному цилиндру нарезаемого колеса 9 осуществляется от перемещения инструментальных суппортов 2 и 3 посредством тяги 36 кулисы 34 с двумя плавающими камнями 33 и 35 и зубчато-реечной передачи, состоящей из зубчатого колеса 31 и реек 32.

При обратном движении инструментальных суппортов 2 и 3 их продольные салазки 5, приводимые в движение от электродвигателей снова переместят поворотные корпуса 6 с зуборезными головками 7 на заданную глубину резания, а электродвигатель 12 согласует среднее положение инструментальных суппортов 2 и 3 с положением продольных салазок 5 и зуборезные головки 7 снова срежут часть металла во впадинах зуба.

Описанный выше процесс резания при формировании впадин будет продолжаться до тех пор, пока зуборезные головки 7 не достигнут цилиндра впадин нарезаемого колеса 9.

После этого электродвигатели 20 продольных салазок 5 выведут зуборезные головки 7 из зацепления с нарезаемым колесом 9, а электродвигатель 44 прецизионного делительного стола 10 повернет заготовку на один угловой шаг. Далее процесс формирования впадин и получения эвольвентных рабочих поверхностей арочных зубьев будет повторяться до полной обработки колеса 9.

Для чистовой обработки /шлифования/ эвольвентных поверхностей зубьев поворотные корпуса 6 инструментальных суппортов 2 и 3 разворачивают по программе на 180^o вокруг круговой направляющей 43 электродвигателем 41 посредством червячной передачи 42. В станочное зацепление с нарезаемым зубчатым колесом 9 вводят чашечные шлифовальные круги шлифовальных головок 8.

Процесс шлифования рабочих поверхностей арочных зубьев аналогичен процессу резания при работе зуборезными головками 7, т.к. имеет те же формообразующие движения: рабочее вращение шлифовального круга 8, обкатное вращение колеса 9, тангенциальная подача инструментальных суппортов 2 и 3 в противоположных друг другу направлениях и перемещение продольных салазок 5 по нормали к поверхности станочного зацепления.

Вращение шлифовальным кругом головок 8 передается от электродвигателей постоянного тока 24 через клиноременные передачи, с скоростью вращательно-коленчатого движения гильз 25 совместно с пинолями 23 устанавливается органами настройки 29 от электродвигателя 28 и кривошипных механизмов 30.

Для компенсации износа профилирующих поясков шлифовальных кругов производится регулируемое смещение осей пинолей 23 относительно осей гильз на величину е=R-R_и.

Смещение осей пинолей 23 относительно осей гильз 25 на величину регулируемого расстояния осуществляется от электродвигателей 26 посредством шарико-винтовых механизмов 27 по информации, передаваемой по каналам обратной связи на основе реальных положений профилирующей кромки шлифовального круга и полученного радиуса кривизны обрабатываемого арочного зуба в соответствии с результатами измерения последних.

Приводы формообразующих движений станка и система управления ЧПУ позволяет вести обработку зуборезными 7 и шлифовальными головками 8 в условиях арочного станочного зацепления, которое в отличие от реечного имеет свои особенности. Любое станочное зацепление имеет начальные поверхности. Ими в арочном зацеплении являются плоскость профилирующих точек резцов зуборезной головки (плоскость профилирующего пояска шлифовальной головки) и станочно-начальный цилиндр нарезаемого колеса, диаметр которого в данном случае равен делительному. Напомним, что станочно-начальные поверхности катятся друг по другу без скольжения, а это значит, что в режиме обката линейная скорость тангенциального перемещения инструмента v_sτ рана окружной скорости на делительном цилиндре V.

Арочное станочное зацепление может иметь только положительный коэффициент смещения, что соответствует требованиям высоконагруженных эвольвентных зубчатых передач.

Введение дополнительного инструментального суппорта, оснащенного зуборезной и шлифовальной головками, позволяет по сравнению с прототипом вести одновременно обработку выпуклой и вогнутой сторон арочных зубьев, что повышает производительность обработки на предложенном станке. Оснащение продольных салазок инструментальныхсуппортов наклонными направляющими под углом, обеспечивающим перемещение по нормали к плоскости станочного зацепления, упрощает по сравнению с прототипом конструкцию и наладку станка за счет уменьшения числа стыков.

Использование регулируемого обкатного механизма на основе зубчато-реечной передачи и кулисного механизма с двумя плавающими камнями и перемещаемой по направляющим станины тягой при жесткой связи вращательно-колебательного движения стола и тангенциальной подачи суппортов позволяет по сравнению с прототипом, во-первых, облегчить настройку станка на обработку любого диаметра нарезаемого колеса, во-вторых, повысить точность обкатного станочного движения, а, в-третьих, используя отдельно прецизионный делительный стол, разделить функции обката и деления в станке, что также повышает точность обработки арочных зубчатых колес.

Оснащение станка дифференциальным приводом поперечных салазок инструментальных суппортов, реализующих установочные и возвратно-поступательные движения инструментов, по сравнению с прототипом, позволяет обеспечить прохождение всех профилирующих точек инструмента через поверхность станочного зацепления, что обеспечивает теоретически точную геометрию нарезаемых арочных колес как по эвольвенте, так и по кривизне арочного зуба.

По сравнению с прототипом предлагаемый станок позволяет реализовать не только черновую, но и чистовую обработку (путем шлифования) закаленных эвольвентных профилей круговых цилиндрических зубчатых колес, что расширяет его технологические возможности.

Изобретение относится к станкостроению, в частности к зуборезным станкам, и может быть использовано для создания станочного оборудования для фрезерования и шлифования цилиндрических арочных зубчатых колес. Станок содержит дополнительный инструментальный суппорт, оснащенный зуборезной и шлифовальной головками, что позволяет вести одновременно обработку выпуклой и вогнутой сторон арочных зубьев. Оснащение продольных складок инструментальных суппортов наклонными направляющими обеспечивает их перемещение в направлении по нормали к плоскости станочного зацепления. Использование регулируемого обкатного механизма на основе зубчато-реечной передач и куличного механизма с двумя плавающими камнями и перемещаемой по направляющим станины тягой при жесткой связи вращательно-колебательного движения стола и тангенциальной подачи суппортов позволяет, используя прецизионный делительный стол, разделить функции обката и деления, что повышает точность обработки арочных зубчатых колес. Оснащение станка дифференциальным приводом поперечных салазок инструментальных суппортов, реализующих установочные и возвратно-поступательные движения инструментов, позволяет обеспечить прохождение всех профилирующих точек инструмента через плоскость станочного зацепления, что позволяет получить точную геометрию нарезаемых зубьев как по эвольвентному профилю, так и по кривизне арочных зубьев. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Станок для обработки арочных зубьев зубчатых колес в условиях дискретного обката, включающий средства реализации функций деления и обката, содержащий стол с обкатным механизмом и планшайбой со средствами установки и закрепления обрабатываемого колеса, станину, несущую инструментальный суппорт с режущей головкой, включающий корпус с продольными и поперечными салазками, причем поперечные салазки размещены в направляющих станины, а снабженные приводом продольные салазки установлены в прямолинейных направляющих поперечных салазок, при этом корпус инструментального суппорта расположен в круговых направляющих продольных салазок, отличающийся тем, что станок снабжен дополнительным инструментальным суппортом, а в станине симметрично относительно оси вращения стола выполнены дополнительные прямолинейные направляющие, предназначенные для размещения поперечных салазок дополнительного инструментального суппорта, при этом прямолинейные направляющие продольных салазок обоих инструментальных суппортов расположены под углом, обеспечивающим их перемещение в направлении по нормали к плоскости станочного зацепления, причем инструментальные суппорты снабжены размещенными в станине ходовыми винтами с коническими передачами и дифференциальным механизмом с двигателями, предназначенными для реализации возвратно-поступательных колебательных движений заданной амплитуды корпусов инструментальных суппортов, а средства, реализующие функцию деления, выполнены в виде делительного стола с приводом, установленного на планшайбе стола станка, при этом обкатной механизм снабжен зубчато-реечными парами, коромыслово-кулисными механизмами с двумя плавающими кулисными камнями, двумя каретками с тягами, одни концы которых соединены с поперечными салазками, а другие концы тяг размещены в каретках, которые установлены в прямолинейных направляющих, выполненных в станине перпендикулярно направляющим, предназначенным для размещения поперечных салазок, при этом каждый инструментальный суппорт снабжен предназначенной для размещения шлифовальной головки пинолью и гильзой с приводом, выполненными с возможностью регулирования величины смещения оси гильзы относительно оси пиноли. 2. Станок по п. 1, отличающийся тем, что амплитуда возвратно-поступательных колебательных движений корпусов инструментальных суппортов должна удовлетворять соотношению
(h + 1) ≅ A ≅ (h + 2),
где А амплитуда возвратно-поступательных колебательных движений;
h высота профилирующей дуги зуборезных и шлифовальных головок.