станок для обработки зубчатых колес

Формула изобретения

1. Станок для обработки зубчатых колес с криволинейной формой зуба, содержащий размещенную на станине стойку, несущую суппорт с инструментальным шпинделем, предназначенным для размещения долбяка, связанным с приводом круговой дискретной подачи и приводом его возвратно-поступательного перемещения, при этом суппорт содержит механизм качания относительно оси вращения стола, установленного в прямолинейных направляющих станины и несущего средства установки и закрепления обрабатываемого зубчатого колеса, при этом станок содержит систему программного управления перемещениями инструментального шпинделя и стола, отличающийся тем, что станок снабжен размещенной в вертикальных направляющих, выполненных в стойке, поперечиной и кареткой с приводом ее продольного перемещения в горизонтальных направляющих поперечины, а суппорт размещен в круговых направляющих, выполненных в каретке, при этом прямолинейные направляющие для размещения стола станка выполнены в плоскости, параллельной оси качания инструментального шпинделя, а в систему программного управления введены первичные преобразователи импульсов перемещения каретки и суппорта, смонтированные соответственно на поперечине и каретке.

2. Станок по п.1, отличающийся тем, что на суппорте выполнен зубчатый венец внутреннего зацепления, предназначенный для взаимодействия с конечным звеном привода каретки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к зубообработке инструментом-долбяком цилиндрических зубчатых колес с наружными и внутренними зубьями в условиях обката и может быть использовано для нарезания колес с любой формой зуба.

Известен зубодолбежный станок (заявка Великобритании N 1341076, кл. B 23 F 9/06, опубл. 1973) для обработки зубчатых колес с криволинейной формой зуба, содержащий шпиндель для долбяка, установленный с возможностью вращения от привода круговой дискретной подачи, возвратно-поступательного перемещения и качания от устройства, включающего привод с двухсторонней шарнирной подвеской, установленный на станине с возможностью прямолинейного перемещения стол, несущий нарезаемое колесо, размещенное с возможностью вращения от привода круговой дискретной подачи, и систему программного управления.

Указанный станок обладает тем недостатком, что при обработке зубьев с криволинейной формой по длине зуба не может обеспечить постоянство углов резания на всем рабочем ходе долбяка.

Наиболее близким по технической сущности является станок для обработки зубчатых колес с криволинейной формой зуба (заявка N 93-011412/08 (011044), заявлено 03.03.93, прототип), содержащий шпиндель для долбяка, установленный с возможностью вращения от привода круговой дискретной подачи, возвратно-поступательного перемещения и качания от привода, связанную со станиной стойку, установленный на направляющих станины с возможностью прямолинейного перемещения параллельно оси качания долбяка стол для размещения нарезаемого колеса с возможностью вращения от привода круговой дискрет-подачи и систему программного управления шпинделем долбяка и стола.

Недостатком станка является ограничение круговой формой нарезаемого зуба зубчатого колеса.

Цель изобретения расширение технологических возможностей станка за счет обработки не только наружных, но и внутренних зубьев любой формы при обеспечении постоянства углов резания на всем рабочем ходе долбяка.

Сущность изобретения в том, что станок для обработки зубчатых колес, содержащий шпиндель для долбяка, установленный с возможностью вращения от привода круговой дискретной подачи, возвратно-поступательного перемещения и качания от привода, связанную со станиной стойку, установленный на направляющих станины с возможностью прямолинейного перемещения параллельно оси качания долбяка стол для размещения нарезаемого колеса с возможностью вращения от привода круговой дискретной подачи, и систему программного управления шпинделем долбяка и стола. Отличие в том, что станок снабжен размещенной на вертикальных направляющих стойки и подвижной от привода поперечиной, имеющей горизонтальные направляющие и установленной на них кареткой с приводом продольного перемещения, смонтированным в каретке поворотным суппортом, причем шпиндель для долбяка встроен в поворотный суппорт, связанный с приводом качательного перемещения, кроме того, в систему программного управления станком введены первичные преобразователи импульсов перемещения каретки и поворотного суппорта, соответственно смонтированные на поперечине и каретке.

Привод качательного перемещения выполнен в виде размещенной на каретке приводной шестерни, связанной с зубчатым венцом, установленным на поворотном суппорте.

На фиг. 1 и 2 показан станок для обработки зубчатых колес с наружными и внутренними зубьями, имеющими любую форму по длине зуба; на фиг.3 и 4 эскизы нарезаемого зубчатого колеса с внутренними зубьями.

Станок выполнен следующим образом.

Станок содержит инструмент-долбяк 1, который сопрягается в процессе обработки с заготовкой 2, размещенной в кулачках 3 обоймы 4 с вертикальной осью вращения. Обойма 4 установлена радиально упорной опоре 5, размещенной в стойке 6 стола и запертой в осевом направлении двумя стопорными кольцами 7 и 8, закрепленными соответственно на свободных торцах обоймы 4 и стойки 6 стола, которая размещена на подвижном основании стола 9, снабженном прямолинейными направляющими, параллельными оси качания поворотного суппорта 10.

Основание стола 9 перемещается с возвратно-поступательной скоростью S_пр (фиг. 2) по ответным направляющим станины 11 приводом М6 (12) посредством ходового винта 13 и гайки 14. Круговая дискретная подача заготовки 2 S_кр.з на двойной ход инструментального шпинделя 15, перемещаемого возвратно-поступательно со скоростями S_в.р. и S_в.х. соответственно рабочего и холостого ходов долбяка 1, обеспечивается приводом М1 (16), связанным с редуктором Р (17), выходное звено 18 которого сопрягается с зубчатым венцом 19 обоймы 4.

Инструментальный шпиндель 15 перемещается в направляющей втулке 20, расположенной в корпусе привода М3 (21) (не показан), возвратно-поступательного перемещения шпинделя 15 со скоростью S_в. Дискретная круговая подача долбяка S_кр.п. на его двойной ход обеспечивается приводом М2 (22), закрепленном на корпусе 21, который установлен на планшайбе 23, выполненной за одно целое с барбетом 24, установленном на радиально-упорных опорах качения 25 и 26 в корпусе поворотного суппорта 10, жестко связанном с кареткой 27. Последняя снабжена горизонтальными прямолинейными направляющими и перемещается по ответным направляющим поперечины 28 со скоростью S_п (фиг.1). Каретка 27 совместно с поворотным суппортом перемещается в плоскости качания инструментального шпинделя 15.

Качательное движение инструментального шпинделя 15 со скоростью S_кр.с. вокруг оси вращения планшайбы 23 поворотного суппорта 10 обеспечивается жестко закрепленным на каретке 27 реверсивным приводом М4 (29), конечное звено шестерня 30 которого сопрягается с внутренним зубчатым венцом 31 барбета 24.

Возвратно-поступательное перемещение каретки 27 со скоростью S_п обеспечивается приводом М5 (32) и зубчато-реечной передачей, содержащей шестерню 33, сопрягаемую с рейкой 34, жестко связанной с поперечиной 28. По вертикальным направляющим стойки 35 (на фиг.1 показаны две стойки) поперечина 28 перемещается со скоростью S_рв в установочном режиме посредством двух синхронно работающих приводов М7 (36 и 37) и собственных винтовых передач (винт 38 и гайка 39), что необходимо для выбора исходного положения инструмента долбяка 1 в зависимости от ширины В (фиг.3) нарезаемого колеса 2.

Система управления станком включает программатор П (40), связанный посредством функционального канала 41 (фиг.2) с компаратором (устройством сравнения) К (42), который через канал 43 передачи управляющей информации связан с многофункциональным усилителем 44, управляющие импульсы от которого посредством функциональных связей 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51 направляются на исполнительные устройства соответственно М1(16), М2(22), М3(21), М4(29), М5(32), М6(12) и М7 (36 и 37).

Кроме того, система управления имеет обратные связи: 52 по фазовому положению обоймы 4 с заготовкой 2, контролируемому первичным преобразователем импульсов ПП1 (53) при помощи отсчетного устройства 54, жестко связанного с обоймой 4; 55 по фазовому положению инструмента-долбяка 1, контролируемому первичным преобразователем импульсов ПП2 (56); 57 по числу двойных ходов возвратно-поступательного движения инструментального шпинделя 15, контролируемому первичным преобразователем импульсов ППЗ (58) посредством отсчетного устройства 59; 60 по фазовому положению планшайбы 23 поворотного суппорта 10, измеряемому первичным преобразователем импульсов ПП4 (61); 62 - по величине и направлению перемещения каретки 27, контролируемого первичным преобразователем импульсов ПП5 (63) с помощью отсчетного устройства 64, жестко связанного с поперечиной 28 и 65 по величине и направлению продольного перемещения подвижного основания стола 9, контролируемого первичным преобразователем импульсов ПП6 (66) посредством отсчетного устройства 67, закрепленного на основании стола 9.

Работа станка осуществляется следующим образом.

Перед нарезанием методом дискретного обката (изменение фазовых положений заготовки 2 и сопрягаемого с ней долбяка 1 осуществляется ступенчато с соответствующими фиксированными углами поворота на двойной ход возвратно-поступательного перемещения долбяка), например, внутренних круговых зубьев цилиндрического зубчатого колеса (заготовки) 2 программатором 40 формируются заданные режимные параметры: математические зависимости формообразующих движений рабочих органов станка в соответствии с принятой формой в продольном направлении нарезаемых зубьев; скорости рабочего S_в.р. и холостого S_в.х. хода долбяка 1; амплитуда качания оси инструментального шпинделя 15, определяемая величиной центрального угла , зависящего от радиуса кривизны зубьев R_з и ширины В колеса 2; а также величины зависимых дискретных круговых подач заготовки S_кр.з. и инструмента S_кр.и.. В процессе нарезания зубьев сформированная программатором 40, например, в цифровом виде информация посредством канала связи 41 подается на компаратор 42, где на основе сравнения заданной информации и информации, поступающей от обратных связей, вырабатываются управляющие импульсы, направляемые через канал 43 на многофункциональный усилитель 44, от которого после усиления они передаются по функциональным связям 45, 46, 47, 48, 49, 50 и 51 на соответствующие исполнительные механизмы: M1 (16) обеспечения дискретной круговой подачи заготовки 2 S_кр.з.; M2 (22) обеспечения дискретной круговой подачи инструмента 1 S_кр.и.; М3 (21) осуществления возвратно-поступательных перемещений инструментального шпинделя 15 S_в.р. и S_в.х.; М4 (29) - обеспечения качательных движений инструментального шпинделя 15 совместно с поворотным суппортом 10 S_кр.с.; М5 (32) обеспечения возвратно-поступательного перемещения S_п каретки 27 совместно с размещенным на нем инструментальным шпинделем 15 в плоскости его качания; М6 (12) осуществления возвратно-поступательного перемещения S_пр. подвижного основания сопла 9 совместно с размещенной на нем заготовкой 2 в продольном направлении, перпендикулярном плоскости качания инструментального шпинделя 15, а также М7 (36 и 37) обеспечения установочного возвратно-поступательного перемещения S_p в вертикальном направлении поперечины 28 совместно с размещенными на ней кареткой 27 и поворотным суппортом 23 с инструментальным шпинделем 15.

Долбяк 1 совершает переменно-направленные перемещения по плоской кривой, соответствующей форме нарезаемого зуба в продольном направлении, например, по дуге окружности радиусом R₃, что соответствует круговой форме зуба и достигается взаимозависимыми синхронными перемещениями: инструментального шпинделя 15 в направлении рабочего хода (движения резания) со скоростью S_в.р. и направлении холостого хода S_в.х., при отводе инструмента в исходное положение; планшайбы 23 со скоростью S_кр.с. и фазой a качательного движения и каретки 27 со скоростью возвратно-поступательного движения S_п. При отводе инструмента 1 в исходное положение, с целью повышения производительности, движения холостых ходов каретки 27 и поворотного суппорта могут также осуществляться с увеличенными значениями скоростей S_п и S_кр.с.. В конце каждого рабочего хода инструментального шпинделя 15 с целью уменьшения трения по задней поверхности долбяк 1, как обычно, совершает отскок от отработанной поверхности заготовки 2 (не показано). Величина и направление возвратно-поступательных перемещений инструментального шпинделя 15 (S_в.р. и S_в.х.) и каретки 27(S_п) устанавливаются программатором 40 в соответствии с заданными их зависимостями от угла b_i наклона инструментального шпинделя 15 в плоскости его качания и контролируются соответственно первичными преобразователями импульсов (датчиками) ППЗ (58) и ПП5 (63), измеренная информация от которых передается по каналам обратных связей 57 и 62 на компаратор 42, в котором путем сравнения заданной и поступившей информации по величине и направлению контролируемых параметров формируются соответствующие командные импульсы и после усилителя 44 по функциональным каналам 47 и 49 направляются на исполнительные механизмы соответственно 21 и 32. Амплитуда , угол наклона b_i и число двойных качаний долбяка 1 (плоскости резания) контролируются первичным преобразователем импульсов ПП4 (61), информация от которого передается по каналу 60 на компаратор 42, где по окончании каждого холостого хода инструментального шпинделя 15 вырабатываются командные импульсы на совершение долбяком 1 и заготовкой 2 синхронных дискретных круговых перемещений, соответствующих круговым подачам S_кр.и. и S_кр.з. Затем командные импульсы, преобразованные в усилителе 44, направляются по каналам соответственно 45 и 46 на исполнительные механизмы 16 и 22 круговых подач S_кр.з. заготовки 2 и S_кр.и. инструмента 1. Cинхронизация дискретных круговых подач S_кр.з. и S_кр.и. осуществляется с учетом их различия, определяемого передаточным отношением сопрягаемой пары: долбяк нарезаемые зубчатое колесо, и обеспечивается наличием обратных связей по дискретному перемещению заготовки 2 и долбяка 1 на каждое двойное качательное перемещение инструментального шпинделя 15. Информация контроля дискретного фазового перемещения заготовки 2, получаемая посредством первичного преобразователя импульсов ПП1 (53) и отсчетного устройства 54, по каналу обратной связи 52 передается на компаратор 42. Дискретное фазовое перемещение долбяка 1 контролируется первичным преобразователем импульсов ПП2 (56), от которого величина измеренного сигнала посредством канала 55 также направляется в компаратор 42.

При движении по траектории, соответствующей продольной форме зуба, например, для зубьев круговой формы по дуге окружности радиусом R₃ долбяк 1 одновременно перемещается по дуге окружности делительного диаметра De нарезаемого колеса, расположенной в плоскости, перпендикулярной плоскости качательного движения инструментального шпинделя 15. Это движение также обеспечивается программатором 40 по заданной функциональной зависимости смещения S_пр подвижного основания стола 9 в продольном направлении от величины угла _i наклона инструментального шпинделя 15 и контролируется первичным преобразователем импульсов ПП6 (67), информация от которого поступает на компаратор 42 по каналу обратной связи 65.

Направление и величина формообразующих перемещений соответствующих рабочих органов станка формируются программатором 40 в соответствии с функцией, описывающей кривую, характеризующую принятую форму нарезаемого зуба. Так, например, для зубьев круговой формы с радиусом кривизны R₃ функциональные зависимости перемещения рабочих органов станка в направлениях поступательных рабочих движений инструментального шпинделя S_в.р., каретки S_п, подвижного основания стола S_пр и качательного движения поворотного суппорта S_кр.с. от угла наклона _i плоскости переднего торца долбяка 1 в плоскости качания инструментального шпинделя 15 могут быть представлены следующей системой уравнений (фиг.3, 4):



где

А=(De/2)cos{arcsin{R₃{1-cos[arcsin(B/2R₃)]/De}/2}

N=R₃{1-cos[arcsin(B/2R₃]/2;

Y_i и Z_i координаты в трехмерной системе координат с началом отсчета в точке а i-той точки на траектории перемещения долбяка, представляющей собой пространственную кривую и являющуюся продольной образующей боковой поверхности нарезаемого зуба; величины: X_i, _i и h_i перемещения подвижного основания стола, поворотного суппорта и инструментального шпинделя в направлениях действия векторов скоростей соответственно S_пр, S_кр.с. и S_в.р.; Н расстояние от плоскости вращения заготовки, проходящей через точку а (торца нарезаемого зубчатого колеса, по которому происходит врезание инструмента), до оси вращения поворотного суппорта. Одновременное перемещение долбяка 1 по дугам двух окружностей радиусами R₃ и De/2, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, обеспечивает его движение по сложной пространственной траектории, соответствующей круговой продольной оси нарезаемого зуба, расположенной на воображаемой цилиндрической поверхности диаметром De. Движение обката при этом выполняется за счет согласованных круговых перемещений долбяка 1 и заготовки 2 с дискретными круговыми подачами S_кр.и. и S_кр.з., совершаемых на каждое двойное качательное движение S_кр.с. планшайбы 23 поворотного суппорта 10.

Осуществление в предлагаемой конструкции станка раздельных формообразующих движений: S_в.р. и S_в.х. инструментального шпинделя, а также S_п -каретки и S_кр.с. поворотного суппорта позволяет нарезать колеса наружного и внутреннего зацепления практически с любой формой зуба в продольном направлении (прямой, наклонной, круговой, циклоидальной, волнистой и др.), что существенно расширяет технологические возможности станка, а также обеспечивает постоянство углов резания на всем рабочем ходе инструмента. Это улучшает условия обработки и способствует повышению качества обрабатываемой поверхности нарезаемых зубьев.