Разработка зубофрезерного станка для обработки прямозубых зубчатых колес червячными модульными фрезами

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Уточнение технического задания и разработка технической характеристики

Задание: Разработка специализированного станка. Разработать зубофрезерный станок для обработки прямозубых зубчатых колес червячными модульными фрезами. Число зубьев: 20-80. Модуль: 2-8. Материал: сталь 45, угол наклона .

В зависимости от положения оси заготовки зубофрезерные станки подразделяются на вертикальные и горизонтальные.

Горизонтальные зубофрезерные станки предназначены преимущественно для нарезания червячными фрезами зубьев валов-шестерен и зубчатых колес, выполняют с подающей шпиндельной бабкой, несущей заготовку, или с подающим фрезерным суппортом.

Вертикальные зубофрезерные станки изготавливают двух типов с подающим столом и с подающей колонной (стойкой).

При вертикальной компоновке жесткость системы СПИД выше, чем при горизонтальной.

На основании всего вышеизложенного предлагаем спроектировать специализированный станок для нарезания прямозубых цилиндрических зубчатых колес методом обката. Зубофрезерный станок вертикальной компоновки с подающей стойкой, производящий по полуавтоматическому циклу обработку червячной модульной фрезой.

Основные узлы станка и его общий вид указаны на чертеже.

1.1 Составление схемы формообразования поверхности

1.1.1 Определение метода формообразования поверхности

Нарезание прямозубых зубчатых колес червячными модульными фрезами осуществляется методом непрерывного обката. Этот метод заключается в том, что в процессе обработки зубьев воспроизводится зацепление воображаемой пары зубчатых колес, одно из которых является режущим инструментом, а другое обрабатываемой заготовки.

Метод обката обеспечивает высокую производительность, большую точность нарезаемых колес, а также возможность обработки колес одного модуля с различным числом зубьев одним и тем же инструментом.

Фреза может быть представлена в виде совокупности закрепленных на цилиндрической поверхности гребенок, смещенных друг относительно друга. В процессе обработки происходит взаимный обкат инструмента с заготовкой подобно обкату червяка с колесом в червячной передаче. При этом образуется узкая полоска на боковой поверхности заготовки (след фрезы). При этом методе применяется в основном способ продольной (вдоль оси заготовки) подачи

Рис.1 Нарезание зубьев зубчатых колёс червячной модульной фрезой (методом обката).

При обработке цилиндрических колес продольное перемещение фрезы вдоль оси заготовки распространяет формообразование поверхности зуба на всю ширину колеса. Тангенциальная и радиальная подачи распространяют обработку на весь профиль зуба. При обработке цилиндрических колес радиальная подача является, как правило, установочным движением.

При нарезании прямозубых цилиндрических колес червячную фрезу устанавливают таким образом, чтобы витки фрезы, обращенные в сторону заготовки, устанавливались вдоль оси впадины(вертикально), для этого ось фрезы под углом равным углу подъема витков червячной фрезы

Рис. 2 Схема нарезания прямозубого цилиндрического колеса червячной фрезой

1.1.2 Составление схемы формообразования поверхности

Рис.3 Схема обработки.

Для фрезерования прямозубых зубчатых колес червячной фрезой нужно создать два движения формообразования: и

- сложное движение скорости резания - образуется профиль зуба и им же обеспечивается делительный процесс. Это движение является движением обката и создается двумя элементарными движениями:

- вращение фрезы -главное движение,

- вращение стола с установленной на нем заготовкой.

- простое движение подачи

- прямолинейное движение фрезы вдоль заготовки.

1.2 Разработка технологического процесса обработки изделия

1.2.1 Материал заготовки: конструкционная углеродистая сталь 45.

дв ? 600Мпа; НВ 200-240

Число зубьев: 20-80. Модуль: 2-8.

1.2.2 Определим наибольшие (max) и наименьшие (min) параметры обрабатываемого колеса.

Рис.4 Прямозубое цилиндрическое колесо.

Таблица1. Параметры зубчатого колеса .

	De=m(z+2) Наружный диаметр колеса, мм	Di=m(z-2.25) Диаметр впадины зуба, мм	d=mz диаметр делительной окружности, мм	h=2.25m высота зуба, мм	h' высота головки мм	h''=1.25m высота ножки, мм	B(6…8)m Ширина колеса мм
min колесо	44	35.5	40	4.5	2	2.5	12
max колесо	656	622	640	18	8	10	64

1.2.3 Установка и крепление заготовки

Установка и крепление заготовки является первым условием точности нарезаемого колеса. Заготовка должна быть жестко закреплена. Установку следует проверять индикатором, установленным на съемном подшипнике фрезерного суппорта. Биение по наружному диаметру в пределах 0,02-0,03 мм для нарезания колес максимального диаметра и 7-ой степени точности. Торцевое биение подставки для заготовки не более 0,01-0,02 мм.



Рис.5 Способы установки заготовки.

деталь станок шпиндель оборот

1.2.4 Инструмент и способы установки

Инструментом для нарезания зубьев цилиндрического прямозубого колеса методом обката выбираем однозаходные червячные модульная фреза из быстрорежущей стали по ГОСТ 19265-73.

Рис.6 Цельная модульная фреза по ГОСТ 9324-80



Рис.7 Установка фрезы на угол.

1.2.5 Методы работы

При обработке цилиндрических колес работа может производиться методом «встречного» / вертикальная подача фрезы сверху в низ / и «попутного» / вертикальная подача снизу вверх / фрезерования, а также двухпроходным методом

Модуль:2-4 однопроходное зубофрезерование, модуль: 4-8 многопроходное зубофрезерование.

Рис.8 Схема зубофрезерования

а)встречное зубофрезерование (1- фреза, 2- подача, 3- стол); б)попутное

При зубофрезеровании за два рабочих хода (перехода) первый 1и второй 2 ходы осуществляют фрезой 4 последовательно за один установ заготовки 3. Глубина резания при втором рабочем ходе составляет 0,5-1,0мм. Первый рабочий ход осуществляют при попутной подаче, второй при встречной.

1.2.6 Установка глубины и высоты фрезерования

Рис.9 Врезание фрезы.

1.2.7 Определение длины рабочего хода

- длина рабочего хода, мм; -ширина нарезаемого зуба (таб.1); - длина врезания; - длина перебега для прямозубых колес; - внешний диаметр червячной фрезы (таб.2); - высота зуба колеса.



1.2.8 Назначение подачи на оборот детали

- подача, мм/об; - табличное значение подачи (Карта З-2 (1)), мм/об;

-коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала ( для стали45); - угол наклона зуба .

1.2.9 Расчет скорости резания

- скорость резания, м/мин; - табличное значение скорости резания (Карта З-2 (1) ), м/мин; - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала ( для стали 45); - коэффициент, зависящий от стойкости инструмента (,)

1.2.10 Определение скорости вращения шпинделя

,

где- диаметр фрезы, мм

1.2.11 Расчет машинного времени

- машинное время в мин. на одну деталь; - длина рабочего хода, мм; - число зубьев детали; - подача, мм/об; - число заходов фрезы; - количество одновременно обрабатываемых деталей.

1.3 Определение диапазона регулирования и частот вращения шпинделя

1.3.1.Определение диапазона регулирования для главного движения

где пmax, nmin - максимальная и минимальная частоты вращения шпинделя.

1.3.2.Определение диапазона регулирования для рабочих подач

где Smax, Smin - максимальная и минимальная подачи.

1.3.3 Выбор знаменателя геометрического ряда

Для специальных станков коробка скоростей может иметь небольшое число ступеней скоростей, так как эти станки создаются для обработки определенных деталей или же для выполнения отдельных операций.

Принимаем ц = 1,26.

1.3.4 Определение числа частот вращения шпинделя

Находим число ступеней скорости шпинделя по формуле:

(5)

где Rn - диапазон регулирования чисел оборотов шпинделя.

Принимаем z = 4, тогда

п1 = пmin = 102; п2 = 125; п3 = 155; п4 = 202 об/мин.

Предельные числа оборотов округлены до нормальных, допускается отклонение от табличных в пределах ±10%.

1.4 Составление технической характеристики станка

Зубофрезерный станок для нарезания прямозубых цилиндрических колес

Основные параметры станка

Наименьший модуль нарезаемого колеса, мм…………………….…….2

Наибольший модуль нарезаемого колеса, мм…………………….…….8

Наибольший диаметр нарезаемых колес, мм ………………………...656

Наименьшее число нарезаемых зубьев………………………………...20

Наибольшее число нарезаемых зубьев…………………………………80

Расстояние между осями стола и фрезы, мм…………………..…30..480

Расстояние от плоскости стола до оси фрезы, мм………………..190-525

Стол

Диаметр стола, мм…………………………………………..……….475

Суппортная стойка

Наибольшее перемещение суппортной стойки, мм…………………...450

Быстрое перемещение суппортной стойки, мм/мин…………………230

Перемещение стойки на одно деление лимба, мм…………………..0,02

Перемещение стойки на один оборот лимба, мм……….………….…4,0

Суппорт

Наибольшее перемещение суппорта, мм…………………………..335

Наибольший диаметр фрезы, мм…………………………………...125

Конусное отверстие шпинделя…………………………………...Морзе 5

Механика станка

Пределы оборотов фрезы, об/мин…………………………….102..202

Число ступеней оборотов фрезы…………………………………………4

Пределы вертикальных подач фрезы, мм/об…………………...0,5…3,0

Мощность главного электродвигателя, кВт…………………………...4,5

Электродвигатель ускоренного хода, кВт………………………….….1,0

Габаритные размеры станка (длина-ширина-высота), мм……..2390х1340х2080

Масса станка, кг………………………..……..………………………..4000

2. Составление кинематической структуры станка

2.1 Определение исполнительных движений

Любые движения в станках, в том числе и формообразующие, предназначены для исполнения конкретной функции (цели) и поэтому их называют исполнительными.

Движения формообразования:

- сложное движение скорости резания - образуется профиль зуба и им же обеспечивается делительный процесс. Это движение является движением обката и создается двумя элементарными движениями:

- вращение фрезы - главное движение,

- вращение стола с установленной на нем заготовкой.

- простое движение подачи

- движение подач - вертикальная подача суппорта;

Наладочные движения:

- быстрое вертикальное перемещение суппорта

- горизонтальное перемещение суппортной стойки

- поворот суппорта (максимальный угол )

2.2 Определение кинематических групп и структур

Любое исполнительное движение в станках создается и реализуется с помощью кинематической группы.

2.2.1- сложное движение скорости резания, состоит из вращения фрезы

Рис.10а

и вращения стола

Рис.10б

- внутренняя связь группы

Рис.10в.

- внешняя связь группы

- вращение фрезы; - механическое звено (см.чертеж кинематики станка ); - механическое звено, точка присоединения внешней связи к внутренней ; - гитара деления , - число заходов фрезы (многозаходные фрезы применяются только для черновой обработки зубьев), 4- механическое звено- червячная пара .- главный электродвигатель; - механическое звено ; - гитара скорости резания;

Общая структурная схема группы:

Рис.10г Схема движения.

2.2.2 Структурная схема движения подачи :

-участок внутренней связи движения подачи;

- собственный участок внешней связи ;

5- механическое звено-червячная пара

- часть внутренней и участок внешней ;

- внешняя связь и участок внешней

- вертикальное перемещение фрезерного суппорта;

- вертикальный ходовой винт;

- механические участки ;

- гитара подач - вертикальное перемещение фрезы, мм.



Рис.10д

2.2.3 - быстрое вертикальное перемещение суппорта:

7- выключенная муфта М1

Рис.10е



Рис.10ж Схема присоединения движения и к

2.2.4 - горизонтальное перемещение суппортной стойки:

горизонтальный ходовой винт

Рис.10з

2.3 Составление структурной схемы станка

Рис. 11 Структурная схема станка.

3. Составление кинематической схемы станка

3.1 Выбор типа приводов станка

Привод - источник движения и совокупность механизмов, передающих движение к конечным звеньям станка.

Для привода главного движения выбираем по прототипу трехфазный короткозамкнутый электродвигатель, исполнение на лапах Ш-2 и с коробкой вывода К3 мощностью 4,5 кВт, частота вращения 1440об/мин. Тип: А51/4

3.2 Разработка кинематической схемы станка

Для кинематических расчетов приводов используют графоаналитический метод. При графоаналитическом методе последовательно строят структурную сетку и график чисел оборотов. Структурные сетки строят для того, чтобы в наглядной форме выявить все возможные варианты и выбрать оптимальный вариант структуры кинематических цепей проектируемого станка. График чисел оборотов строят для определения конкретных значений величин передаточных отношений всех передач привода и чисел оборотов всех его валов; он позволяет выбрать их оптимальные значения.

Диапазон регулирования чисел оборотов z = 4, знаменатель геометрического ряда ц = 1,26, минимальные обороты шпинделя 100об/мин, максимальные - 200об/мин.

Структурная формула:



Рис. 12 Структурная сетка.

Рис.13 График частот вращения шпинделя.

Определение диаметров шкивов:

Принимаем d0 = 125мм, тогда . Корректируем по прототипу (5Е32 ) :;

Определение чисел зубьев прямозубых колес

;

,

принимаем ,

и - числа зубьев ведущего и ведомого колеса; - сумма чисел зубьев сопряженных колес; - числитель передаточного отношения; - знаменатель передаточного отношения; - целое число; -минимального передаточного отношения

Вычислим число зубьев для передачи между 1 и 2 валами.

;

Принимаем:

; , принимаем по сумме: ,

Вычислим сумму чисел зубьев для группы передач между 2 и 3 валами.

; ; ;

; ; ;

Определяем : , принимаем;

; ; ;

; ; ;

Сумму чисел зубьев для передач между 3-4; 4-5; 5-6 переходными валами с принимаем по сумме . Это будут конические зубчатые передачи ; ;

Вычислим числа зубьев передачи между 7 и 8 валами.

;

принимаем по прототипу

; , принимаем по прототипу: ,



Рис.14 Кинематическая схема привода главного движения.

3.3 Наладка станка

3.3.1 Настройка скорости резания: производится подбором сменных колес А:В

Контроль действительного числа оборотов стола производится по формуле: -это ограничение выраженно через максимально допустимое число оборотов стола, равное 12об/мин., где - число оборотов фрезы, - число заходов фрезы, - число зубьев нарезаемого колеса. Пример: ; ; .Тогда ?- допустимо.

3.3.2 Настройка гитары деления производится по формуле:



Рис.15 Настройка гитары деления.

В исполнении проектируемого станка колеса всегда.

Пример: , Сменные колеса: , -ведущие; -ведомые

3.3.3 Настройка на вертикальную подачу производится по формуле:



Рис.16 Настройка гитары подач.

Пример для подачи S=2мм сменные колеса: и

4. Общая компоновка станка

4.1 Составление компоновочной схемы станка

Станок работает по методу обкатки, т.е. механического воспроизводства зацепления червяка (червячной фрезы) с колесом (заготовкой). Червячная фреза соответствующего модуля и диаметра закрепляется на оправке в шпинделе фрезерного суппорта.

Обрабатываемая деталь или комплект одновременно обрабатываемых деталей устанавливается на оправке в шпинделе стола, а при больших размерах непосредственно на столе станка.

Червячной фрезе и заготовке сообщают вращательные движения с такими угловыми скоростями, которые они имели бы, находясь в зацеплении.

При этом ось шпинделя фрезерного суппорта устанавливают под углом к горизонтальной плоскости, равным углу подъема винтовой линии червячной фрезы. Нарезание колес производится с вертикальной подачей фрезерного суппорта. Для обеспечения возможности фрезерования колес попутным методом на станке предусмотрено нагрузочное гидравлическое устройство. Оно состоит из неподвижного штока с поршнем и цилиндра, связанного с салазками фрезерного суппорта. При фрезеровании попутным методом масло проводится в верхнюю полость цилиндра противовеса и поджимает противовес вместе с фрезерным суппортом вверх, устраняя возможность произвольного перемещения фрезерного суппорта под действием усилия в пределах зазора между резьбой винта вертикальной подачи и маточной гайки.

Суппортная стойка установлена на направляющих станины и может перемещаться по ним вдоль станка для установки на требуемое расстояние от центра стола. Червячная фреза устанавливается на оправке, закрепленной в шпинделе фрезерного суппорта, который смонтирован на направляющих суппортной стойки и может перемещаться по ним вверх и вниз как на малой скорости во время подачи, так и на быстром ходу при установочном перемещении.

Рис. 17 Компоновочная схема станка.

Крайнее положение каретки суппорта определяют упоры. При обработки прямозубого колеса суппорт поворачивает на угол подъема витков фрезы (учитывая их заходность), на круговых направляющих корпуса суппорта.

Станок работает полуавтоматически. После установки в приспособление заготовки и надежного ее закрепления включают главный электродвигатель и насос охлаждения. Затем включают вращение стола станка, после чего осуществляют вертикальную подачу суппорта.

После окончания обработки зубьев упор выключает главный электродвигатель, станок останавливается и нарезаемое колесо снимают со станка. Затем включают быстрое перемещение суппорта в исходное положение.

4.2 Оценка конструкции с точки зрения эргономики, эстетики, охраны труда, надежности, удобства обслуживания и ремонта

Конструкция зубофрезерного станка должна обеспечивать его безопасную эксплуатацию и отвечать всем действующим требованиям и нормативам по технике безопасности, эргономике и организации труда.

Эргономичность представляет собой показатель удобства работы станочника на станке, т.е. удобство использования исполнительных органов (рукояток, рычагов, ручек и т.д.).

Рабочие зоны человека-оператора при управлении ручными и ножными регуляторами:

Зона обзора : 30....40 соответствует максимальной - разрешающей способности ; 50....60 - чёткому цветному, а 90- черно- белого зрения.

Наиболее удобное расположение индикаторов - по горизонтали 30 ниже линии взора, но не более 30 (вверх) или 40 (вниз).

В данном случае спроектированный зубофрезерный станок удовлетворяет требованиям эргономики, т.е. органы управления находятся в пределах прямого доступа оператора, стол находится на уровне, обеспечивающий удобное положение оператора с наклоном спины не более 25°.

Станок обеспечивает довольно простую смену инструмента, ремонт и смазку. Имеет прочные и жесткие несущие конструкции, что обеспечивает его надежность.

Надежность станка - это его свойство выполнять заданные функции в течение определенного срока службы и в заданных условиях эксплуатации. Надежность проявляется в безотказности, ремонтопригодности и долговечности. Безотказность - это свойство станка непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени.



Рис.18 Положение рабочего при работе на станке.

Эргономичность представляет собой показатель удобства работы станочника на станке, т.е. удобство использования органов (рукояток, рычагов, ручек и т.д.).

Все органы управления станка находятся в стандартных пределах досягаемости.

Станок имеет типовую конфигурацию.

5. Разработка шпиндельного узла станка

5.1 Выбор конструкции шпиндельного узла

Рис. 19 Схема конструкции шпинделя.

Передняя опора: подшипник скольжения , ,

Бронза ОЦС6-6-3

Вторая опора - комплексная: два прецизионных шариковых радиально-упорных 2-36212 ГОСТ 831-75 и роликовый радиальный.

Задняя опора - комплексная: прецизионный шариковый радиально- упорных 2-36212 ГОСТ 831-75 и роликовый радиальный.

5.2 Расчёт шпиндельного узла на жёсткость

Рис.20 Составляющие перемещения шпинделя в расчетном сечении.

Приводной элемент шпинделя расположен между его опорами.

Оценка радиальной жёсткости производится по прогибу конца шпинделя, происходящего за счёт упругой деформации (изгиба) шпинделя и податливости его опор, а также по углу поворота упругой линии деформированного шпинделя в передней опоре.

Прогиб шпинделя в горизонтальной и вертикальной плоскостях определим по формулам:

где радиальное упругое перемещение шпинделя слагается из перемещения тела шпинделя под действием силы на приводном элементе и перемещения вызванного деформацией опор от силы ;

радиальное упругое перемещение шпинделя слагается из перемещения тела шпинделя под действием силы резания и перемещения вызванного деформацией опор от силы ;

- перемещение переднего конца шпинделя с учетом защемляющего момента в передней опоре;

радиальная жесткость опоры А взятая с коэффициентом 2 от осевой жесткости опоры А. Опора А представляет собой комбинированную опору состоящую из условной опоры - «тандема» шариковых радиально-упорных подшипников и условной опоры роликового радиального подшипника. ( минимальная базовая грузоподъемность опоры; предварительный натяг; и количество подшипников в условных опорах)

радиальная жесткость опоры В взятая с коэффициентом 2 от осевой жесткости опоры В. Опора В представляет собой комбинированную опору состоящую из условной опоры - шарикового радиально-упорного подшипника и условной опоры роликового радиального подшипника. ( минимальная базовая грузоподъемность опоры; предварительный натяг; и количество подшипников в условных опорах)

Е - модуль упругости материала шпинделя, Е=2,1 105 МПа;

I1, I2 - момент инерции сечения шпинделя в пролёте между опорами и переднего конца шпинделя соответственно, мм4;

dср.н - средний наружный диаметр, мм,

dср.в - средний внутренний диаметр, мм.

- коэффициент защемления в передней опоре =0,4

а=420мм - вылет переднего конца шпинделя, мм;

Рассчитаем угол поворота в передней опоре:



5.3 Расчет точности шпиндельного узла

Принимаем расстояние а = 84 мм, а межосевое расстояние L =590мм.

Станок нормальной точности обеспечивает получение деталей с размерами по 8 квалитету точности. Допуск на лимитирующий размер обрабатываемой детали размер по 8 квалитету составляет ?д = 30 мкм. Допускаемое радиальное биение

переднего конца шпинделя должно быть: [?]?д/3=30/3=10 мкм

Рис. 21. Схема расчета шпиндельного узла на точность.

При этом радиальное биение конца шпинделя

,

Приняв

где - допустимое радиальное биение подшипников,

= 10мкм; l = 400 мм; a = 183 мм;

Получим

=

=

Для передней и задней опор принимаем высокий - 2 и 4 класс точности подшипников.

Список используемой литературы

1. Малов А.Н. Справочник технолога машиностроителя. Том 2. Машиностроение, 1972. -568с.

2. Кочергин А.И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для втузов. -М.: Выш. шк., 1991. - 382 с.; ил.

3. Обработка металлов резанием: Справочник технолога/ Под ред. А.А. Панова.-М.: Машиностроение, 1988. - 736 с.; ил.

4. Чернов Н.Н. Металлорежущие станки: Уч. Для машиностр-ных техникумов. - М.: Машиностроение, 1978. - 389 с.; ил.

5. Проников А.С. Расчет и конструирование металлорежущих станков. Изд. 2-е. Выс.шк.,1968. - 431 с.

6. Барбашов Ф.А., Сильвестров Б.Н. Фрезерные и зубофрезерные работы: Учебник для сред. проф.-техн. училищ. -М.: Высш. шк., 1983. - 287 с.

7. Шавлюга Н.И. Расчет и примеры наладок зубофрезерных и зубодолбежных станков. - Л.: Машиностроение, 1978. - 163 с.

Размещено на Allbest.ru