Зубодолбежное оборудование, применяемое для обработки колес с внутренними зубьями.

 

Передовые технологии изготовления зубчатых колес с внутренними зубьями используют станки с ЧПУ и инструмент, обладающий высокой стойкостью и обеспечивающий значительные скорости обработки.

Наметилось разделение технологий обработки зубчатых колес, в частности зубодолблением, по применяемости смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС). В первую группу входят станки, рассчитанные на работу с СОТС. Другая группа станков рассчитана на работу без применения СОТС, работающие по так называемой технологии высокоскоростного «сухого» резания. Такая технология имеет преимущества связанные с экономией производственных затрат на СОТС и их очистку, повышение производительности. Кроме того, повсеместное ужесточение законов о защите окружающей среде вынуждает фирмы сводить к минимуму использование СОТС. Третья группа станков рассчитана на работу в том и другом режимах. [82]

Во всем мире для нарезания и чистовой обработки зубчатых колес используют высокопроизводительные станки с ЧПУ. Современные конструкции зубодолбежных станков включают в себя большое количество управляемых от ЧПУ координат для обеспечения производительной работы, сокращения времени на переналадку и решения различных технологических задач зубообработки, например, нарезание двух и более взаимно ориентированных венцов. Подобное оборудование создается по принципам модульной компоновки на основе одной базовой модели, а в конструкции модификаций реализуется концепция автоматизации главных и вспомогательных функций.

Производительность хотя и остается главным критерием выбора зубодолбежных станков, однако с ускорением темпов замены моделей выпускаемого оборудования все большее внимание уделяется удобству, быстроте и простоте их переналадки.

Технические характеристики станков, рассмотренных ниже, приведены в таблице 2. [42,43,44,45]

 

Таблица 2- Технические характеристики зубодолбежных станков.

Фирма	Модель	Диаметр обработки, мм	Максимальный модуль, мм	Ширина венца,мм
Gleason-Pfauter	GP200 ES		6.0
GP300 ES		6.0
P 600 ES		6.0
PSA-120		4.0
Liebherr	LS 82		3.0
LFS 182		6.0
LFS 200		12.0
LFS 282		6.0
LFS 382		6.0
LFS 420		6.0
LCC 150		3.0
Mitsubishi	SN 25A		6.0
SE 15A		4.0
SE 25A		6.0

 

 

Для зубодолбежных станков, фирм Gleason и Liebherr, характерным направления развития является расширение их технологических возможностей путем переноса большей части функций процесса обработки на устройство ЧПУ.

На станке мод. Р600ES фирмы Gleason, например, это реализуется путем использования так называемой электронной винтовой направляющей и разработки совершенно новой конструкции долбежной головки. Кроме того, улучшен отвод стружки через рабочий стол при обработке внутренних зубьев. Хотя станок рассчитан на долбление зубчатых колес (в том числе косозубых с углом наклона ± 45⁰) диаметром до 600 мм и модулем до 6 мм, диапазон обработки по заказу может быть увеличен до 800 мм. Максимальное количество дв.ход./мин. до 800 [82].

Зубодолбёжные станки модели GP200ES и GP300ES с электронной винтовой направляющей созданы на базе всемирно признанных зубодолбёжных станков Gleason-Pfauter. На станках этих моделей применяется зубодолбёжная головка, отличающаяся прямым безлюфтовым приводом шпинделя долбяка. Максимальное число двойных ходов долбяка реализуемое станками - 1000 дв.ход./мин. Система ЧПУ обеспечивает дополнительный поворот долбяка, требуемый для косозубых шестерён, за счёт доворота штосселя долбяка. Все данные по зубонарезанию, оснастке и режимах обработки вводятся с помощью интерактивной системы. Система управления ЧПУ(CNC) рассчитывает все необходимые параметры наладки станка.[42]

В станке мод. PSA 120 фирмы Gleason Pfauter заложена модульная концепция зубофрезерных станков этой фирмы, а также использованы некоторые их узлы, что упрощает эксплуатацию и обслуживание указанного станка. В то же время этот станок обладает рядом конструктивных особенностей, позволяющих добиться его высокой жесткости и точности. Так, стационарный рабочий стол имеет делительный механизм со сдвоенной прецизионной беззазорной червячной передачей с предварительным натягом, а внутри литой станины через 2 камеры производится принудительная циркуляция СОТС, обеспечивающая максимальную тепловую стабилизацию всего станка. Шпиндель долбяка, выполненный на гидростатических опорах, имеет беззазорную делительную передачу со сдвоенным червяком. Управление станком может по выбору осуществляться от 4-координатного УЧПУ фирм Siemens (мод. Sinumerik 840 C) или Fanuc (мод. 160 I-MA), но в любом случае для перемещений по всем осям координат использованы цифровые сервоприводы. При применении станка в крупносерийном производстве для увеличения производительности есть возможность оснащения станка двумя видами загрузочно – разгрузочных устройств – 2-позиционным кольцевым загрузчиком с ориентированной подачей заготовок с накопителем, либо загрузчиком с произвольной подачей заготовок в рабочую зону.[42,82]

Ярким примером реализации современных тенденций в зубообработке являются зубодолбежные станки с ЧПУ немецкой фирмы Liebherr-Verzahntechnik GmbH семейства LFS. Особенность моделей LFS 182, LFS 282 и LFS 382 — возможность позиционирования долбяка в широком диапазоне угловых положений при сохранении длины его осевого перемещения. Это позволяет обрабатывать блочные колеса при неизменном их закреплении и сократить потребность в технологической оснастке. Широкий диапазон линейных перемещений ползуна упрощает замену инструмента. В станках предусмотрено программное управление по 6 осям координат: вращение долбяка и заготовки, радиальное перемещение салазок стойки, регулирование числа двойных ходов салазок долбежной головки, возвратно – поступательное движение шпинделя долбяка и вращение кулачка отвода. При помощи дополнительной специальной оснастки на этих моделях обрабатываются также корончатые зубчатые колеса.

Зубодолбежный станок мод. LFS 200 оснащен управляемой от ЧПУ наклонной стойкой и соответствующим устройством для ее бокового регулирования, что позволяет обрабатывать также конические зацепления, причем не только с охлаждением, но и без него. Количество двойных ходов доходит до 1200.[43]

Станок мод. LFS 420 имеет подвижных салазки долбежной головки, что позволяет значительно расширить его рабочий диапазон в связи с возможностью подвода долбяка в любую позицию и, следовательно, обработки за один установ как многовенцовых зубчатых колес наружного зацепления и внутренних зацеплений без установки дополнительных приспособлений. Это позволяет значительно сократить основные и вспомогательные времена, упростить коррекцию долбяка после каждой его переточки и облегчить его смену оператором. Число двойных ходов долбяка регулируется в пределах до 1200 дв.ход./мин.. Стандартное число осей координат, управляемых от ЧПУ типа CNC фирмы Siemens, составляет 6. Поворотный стол выполнен с бесступенчато регулируемой частотой вращения. Связь между вращением стола с заготовкой и шпинделем долбяка, а также между возвратно-поступательным движением долбяка и его отводом при обратном ходе осуществляется посредством центральной системы ЧПУ. Кроме того, имеется самодиагностика всех важнейших функций управления. При использовании в крупносерийном производстве для повышения производительности 2 станка могут быть соединены между собой транспортером, образуя гибкую производственную ячейку с накопителем заготовок, причем в каждом станке устанавливается в таком случае 4-позиционное карусельное загрузочное устройство.

На станке мод. LS 82, управляемом по пяти осям координат, можно нарезать прямозубые и косозубые зубчатые колеса внутреннего и внешнего зацепления. Его высокая производительность обусловлена количеством двойных ходов долбяка до 2500 дв.ход./мин..

Станок модели SN 25A фирмы Mitsubishi используется запатентованный прецизионный вал балансира (рисунок 1.12). Это максимально предотвращает шум и вибрации станка, возникающие при его работе без использования СОТС. Обработка заготовок производится с бесступенчато регулируемой круговой подачей в пределах от 3 до 5300 мм/мин, радиальной в интервале 0,0012 – 0,1 мм/ход и ускоренной радиальной, равной 10000 мм/мин. Заготовки устанавливают на рабочий стол диаметром 330 мм и обрабатывают долбяком, устанавливаемым на шпинделе диаметром 90 мм и перемещаемым с числом двойных ходов в минуту до 1500 дв.ход./мин. от приводного электродвигателя мощностью 11 кВт. [82]

 

 

Рисунок 1.12- Прецизионный вал балансира.

 

Станки моделей SE 15A и SE 25A для нарезания зубчатых колес внутреннего и внешнего зацепления также используют технологию обработки без СОТС. Их высокая производительность достигается за счет большого числа двойных ходов долбяка- до 2000 дв.ход./мин и 1800 дв.ход./мин соответственно. [45]

Зубофрезерно – долбежный станок COMBI CUT мод. LСС 150 совместно разработанный фирмами Liebherr и Lorenz является примером совмещения технологических операций на одном станке. Применяется для нарезания зубчатых колес максимальным диаметром 150 мм и модулем до 3 мм. Он имеет высокую степень унификации с рядом станков, выпускаемых этими фирмами. От них взяты, например, фрезерная и долбежная головки, причем долбежная головка выполнена на гидростатических опорах, а число ее двойных ходов достигает 3000 дв.ход./мин.. Высокая технологическая гибкость станка достигается путем управления от ЧПУ соотношения между частотой вращения червячной фрезы и заготовки, а также частотой вращения долбяка заготовки и числом двойных ходов долбежной головки на один шаг. Возможность наклона стойки долбяка на 125⁰ позволяет нарезать широкую номенклатуру прямо- и косозубых (± 300) цилиндрических колес диаметром до 150 мм, модулем до 3 мм и шириной до 23 мм с обычным или конусным зубом. Основная область применения станка – нарезание зубчатых колес с дополнительными соединительными зацеплениями типа муфт. Стойка фрезы (диаметром до 90 мм и длиной до 200 мм) вместе с салазками и фрезерной головкой конструктивно одинакова с соответствующими узлами зубофрезерных станков серии LC фирмы Liebherr. Управление станком осуществляется от контурного микропроцессорного УЧПУ фирмы Siemens с цифровыми приводами, встроенным программируемым контроллером и плоским цветным дисплеем. В число управляемых от ЧПУ девяти осей координат входят следующие: вращение стола с заготовкой; вращение фрезы; тангенциальный сдвиг фрезы; осевое перемещение фрезы; радиальное перемещение фрезы; вращение долбяка; возвратно – поступательное движение долбяка; вращение отводящего кулачка; радиальное перемещение долбяка (стойки). В условиях крупносерийного производства станок оснащают системой автоматической загрузки – разгрузки и накопителем заготовок.[43,82]

Одним из критериев, характеризующим производительность, является основное время нарезания колеса. Было рассчитано теоретическое основное время для нарезания колеса с внутренними зубьями m=2.25, z=27 и шириной зубчатого венца b=15 мм при максимальном количестве двойных ходов долбяка характерному определенной модели станка по методам назначения режимов долбления изложенным в [103]. Данные расчетов представлены в таблице 3.

 

Таблица 3- Основное время для нарезания колеса с внутренними зубьями m=2,25, z=27, b=50 мм

Фирма	Модель	Максимальное количество дв.ход./мин.	Скорость резания, м/мин	tосн , мин
Gleason-Pfauter	P 600 ES			1,91
GP200 ES			1,53
Liebherr	LS 82			0,61
LFS 420			1,28
LCC 150			0,51
Mitsubishi	SN 25A			1,02
SE 15A			0,77
SE 25A			0,85

 

 

Современные зубодолбежные станки разделились на три группы по применяемости СОТС: рассчитанные на работу с применением СОТС, на работу без ее применения и станки, работающие и в том и другом режимах. Приоритетным направлением является сокращение и полный отказ от использования СОТС. Технологические возможности оборудования существенно расширяются за счет увеличения количества управляемых от ЧПУ осей координат.

Из таблицы 3 видно, что имеется тенденция у фирм производителей зубодолбежного оборудования к приближению скорости резания к скорости звука. При значениях скорости резания выше скорости звука наблюдается явление сверхрезания. Материал перестает сопротивляться режущему лезвию. В таком случае силы резания уменьшаются и соответственно уменьшаются погрешности при обработке, повышается производительность оборудования. Так же производительность зубодолбежных станков обеспечивается за счет увеличением круговых подач и обработки в несколько проходов.