Металлообрабатывающее
и сложное оборудование
от производителя
info@promkaskad.ru
8 800 333-17-13

Устройство для изготовления зубчатых колес на токарном станке-автомате с ЧПУ (Патент)

В.М. Анфалов, П.Г. Мазеин

THE GEAR MILLIING DEVICE FOR CNC LATHE V.M.

Anfalov, P.G. Mazein

The paper outlines the gear milling device for manufacture of fine pitch gears using CNC lathe. The device can be applied in any metal working and intended for expansion of CNC lathe technological possibilities. It allows to make 0,05-1 mm module straight and helical teeth and splines using any CNC lathe.

Введение. При производстве деталей небольшого диаметра и длины для приборов широко используются автоматы продольного точения. Концентрация операций на этих станках  обеспечивает высокую производительность и точность обработки за счет отсутствия необходимости перебазирования. На многоинструментальных автоматах продольного точения с ЧПУ имеются выдвижные инструментальные платформы [1], в том числе с приводными инструментами, имеются также опции программного обеспечения, позволяющие выполнить наладку и программирование обработки зубчатых венцов и шлицев методом обката.

Предлагаемое устройство (рис.1,2) предназначено для установки в гнездо приводного блока платформы автомата продольного точения с ЧПУ, для использования на станке червячных фрез работающих по методу обката.

В базовых комплектациях автоматов продольного точения с ЧПУ не устанавливают специальные платформы для приводных шпинделей с возможностью установки различных червячных фрез. Известно приводное устройство для обработки зубчатых колес на токарном станке с ЧПУ, устанавливаемое на револьверной головке [2]. Оно содержит червячную фрезу на приводной оправке, опоры оправки, механизм регулировки угла поворота оправки с фрезой, привод вращения оправки с фрезой, включающий цилиндрическую шестерню и пару конических колес, как показал анализ это устройство имеет следующие недостатки, не позволяющие использовать его для изготовления зубчатых венцов малых модулей: не предназначено для станков имеющих расположение инструментов на линейно перемещающихся платформах (суппортах), некомпактно, что накладывает ограничения по минимальному диаметру и минимальному модулю зубчатого венца, для регулировки положения оси фрезы имеется специальный механизм, при необходимости регулировки угла наклона оси фрезы требуется регулировка положения фрезы по другим управляемым осям, устройство имеет сложную конструкцию с большим количеством соединений и возможных зазоров, снижающих жесткость и точность обработки, не обеспечивается точность вращения во времени, что не позволяет обеспечить точность шага зубьев и точность длины общей нормали, имеется возможность попадания стружки в соединения, шпоночный паз ослабляет сечение оправки с фрезой, не обеспечивается необходимая плавность вращения, возможны вибрации.

Описание предлагаемого устройства. Технической задачей предлагаемого устройства является возможность применения на станках, имеющих расположение инструментов на линейно перемещающихся суппортах. Устройство компактно, обеспечивает изготовление зубчатых венцов с минимальным диаметром и минимальным модулем зубчатого венца 0,05-1 мм, для регулировки положения оси фрезы не требуется специальный механизм, т.к. при регулировке угла наклона оси фрезы не требуется регулировка положения фрезы по другим осям, устройство имеет простую конструкцию с минимальным количеством соединений и возможных зазоров, что повышает жесткость устройства и точность обработки, обеспечивается точность вращения во времени, что позволяет обеспечить точность шага зубьев и точность длины общей нормали, исключается возможность попадания стружки в соединения, обеспечивается необходимая плавность вращения.

Для решения указанной задачи устройство для обработки на токарном станке с ЧПУ зубчатых венцов (рис. 1 - 4), содержит червячную фрезу на приводной оправке, опоры оправки, механизм регулировки угла поворота оправки с фрезой(-15 град +50 град), регулировка угла поворота оси оправки выполнен таким образом, что не требуется изменение положения по другим управляемым осям, что упрощает устройство и обеспечивает его компактность, позволяя выполнять обработку зубчатых венцов с модулями 0,05-1 мм на деталях меньших размеров, чем без применения предлагаемого устройства, опора оправки, обеспечивающая съем и установку фрезы, выполнена в виде подшипника скольжения, позволяя уменьшить ограничения на диаметр обрабатываемого венца, устраняет возможность попадания стружки в опору; между корпусом устройства и оправкой выполнена щель с зазором 0,2 мм на сторону, что позволяет снизить вероятность попадания стружки в зубчатое соединение привода при уменьшении размеров корпуса; на оправке установлен маховик, обеспечивающий плавность вращения за счет сглаживания колебаний крутящего момента от сил резания и исключение вибраций и тем самым снижаются погрешности окружного шага нарезаемого венца, обеспечивается стабильность шероховатости нарезаемых зубьев; передача вращения с оправки на фрезу выполняется за счет безшпоночного фрикционного соединения, что позволяет повысить запасы прочности и жесткости инструментальной оправки; конические шестерни для передачи вращения выполнены с круговым зубом, что повышает плавность вращения инструмента и точность обработки.

Общий вид резьбонарезного и зубонарезного устройства показан на рис.1. Устройство для обработки на токарном станке с ЧПУ зубчатых венцов, содержит: червячную фрезу 17 (рис.5), получающую вращение от приводной оправки 7, опоры оправки 3,10, механизм 12 регулировки угла поворота оправки с фрезой, привод вращения оправки с фрезой 17, регулировка угла наклона червячной фрезы осуществляется за счет поворота корпуса 11 на нужный угол (от -15 градусов до +50 градусов), на оправке установлен маховик 8; передача вращения с оправки 7 на фрезу 17 выполняется за счет безшпоночного фрикционного соединения; конические шестерни 4 для передачи вращения на оправку выполнены с круговым зубом, вращение на устройство заимствуется от общего привода через шестерню 15. Устройство устанавливается в суппорт станка и крепится через станочный кронштейн 14 с фланцем 13, валик с шестерней 15 вращается в подшипниках 16 и при этом, входит в зацепление с шестерней приводной позиции суппорта станка.

При подаче вращения на шестерню 15, вращение передается через коническую пару 4 на оправку и от нее на фрезу. Оправка вращается в опорах 3,10, причем левая опора представляет собой подшипник скольжения, вторая опора оправки- два подшипника качения 5. Гайки 18 и19 обеспечивают осевое крепление всех элементов на оправке. Фреза получает вращение, стружка образующаяся при обработке не попадает в верхнюю опору и внутрь корпуса из-за малого зазора между корпусом и оправкой.6, 9 и 20 – кольца. Маховик, вращающийся вместе с оправкой обеспечивает сглаживание колебаний крутящего момента резания от дискретного контакта зубьев фрезы с заготовкой 21. Согласование расчетных перемещений конечных звеньев кинематических цепей станка (обката и получения винтовых зубьев на венце) обеспечивается системой ЧПУ в соответствии с управляющей программой и наладкой устройства.

111
Рис.1.Общий вид устройства

IMG_2094.JPG
Рис.2.Устройство

Безымянный4
Рис.3. Устройство в суппорте станка:
1- заготовка в зажимном патроне станка,
2-устройство

IMG_2081.JPG
Рис.4.Устройство на станке

Безымянный5

Заключение. Таким образом, предлагаемое зубофрезерное устройство по­зволяет изготавливать прямые и винтовые зубья с модулями 0,05-1 мм и шлицы на современных автоматах продольного точения с ЧПУ. Устройство, в частности, предназначено для оснащения токарных прутковых автоматов продольного точения с ЧПУ для обработки мелкомодульных венцов малых диаметров, например, механических часовых механизмов и деталей приборов.

Устройство внедрено на Челябинском часовом заводе “Молния” на японском автомате продольного точения NOMURA NN20J и используется при изготовлении детали «ТРИБ». «Триб» ( материал детали сталь У10А) специальных часов АЧС-1, представляет из себя пустотелую ось (с центральным отверстием 2,3(+ОО6) диаметром 2Н8(-0,01) и длиной 26,7 мм, на левом конце ступицы 4(-О.12), выполненной на оси, и начинающейся с правого торца оси имеется прямозубый зубчатый венец Z=20, шириной 1,7 мм, причем боковые поверхности зубьев имеют специальный «часовой профиль» с модулем m= 0,365 с требованиями по 4-ой степени точности (ГОСТ 13628-75), штучное время изготовления детали 4,5 мин.

Предлагаемое устройство может быть использовано и на других станках с ЧПУ, имеющих приводные позиции инструментов и соответствующее программное обеспечение. На устройство оформлен патент, имеется положительное решение ВНИИГПЭ России [3].

Литература

  1. http://soldream-spb.com/avtomaty_prodolnogo_tochenija.
  2. Патент US2007/0209179 А1.
  3. Решение РОСПАТЕНТА РФ о выдаче патента на изобретение по заявке № 2012118687/02/028162 от 04.05.2012.

 

Сведения об авторах

Анфалов Владимир Михайлович. Руководитель центра НИОКР и инноваций Центра производственных заказов и услуг URALCO. Область научных интересов - моделирование конструкции и технологии изготовления винтов моделей кораблей, применение станков с ЧПУ. Тел.: 8-982-337-43-12. е- mail:acvaanfalov@mail.ru

Мазеин Петр Германович. Доктор технических наук, профессор кафедры «Технология машиностроения» Национального исследовательского Южно- Уральского государственного университета. Область научных интересов - моделирование напряженно-деформированного состояния, формируемого процессами поверхностного пластического деформирования, моделирование оборудования с ЧПУ, подготовка кадров по станкам с ЧПУ. Тел.: 89128948708; e-mail:mpg2@mail.ru

Anfalov Vladimir Mihaylovich. Head of the R&D department of URALCO production and services center. Area of scientific interests - boat models screws design and manufacture, CNC machines, 8-982-337-43-12, e- mail:acvaanfalov@mail.ru

Mazein Petr Germanovich. Doctor of technical science, professor of Manufacturing engineering department of South-Urals state university. Area of scientific interests - stress-deformed state, plastic deforming, CNC machines design and modeling, CNC machines staff training. 89128948708; e-mail:mpg2@mail.ru