ЛЕКЦИИ ПО КУРСУ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ. Лекции по курсу металлорежущие станки
 Скачать 3.81 Mb.
|
|
Электрохимическая обработка (ЭХО) ЭХО основана на анодном растворении металла обрабатываемой заготовки в среде электролита под действием электрического тока. Все разновидности ЭХО можно разделить на отделочную и размерную обработку. 47 Отделочная ЭХО предназначена для изменения состояния и свойств поверхностей (например, удаление грата, окалины, скругление заусенцев, снижение шероховатости до R a = 0,04 мкм и R z = 0,025 мм). При проведении отделочной ЭХО заготовка помещается в ванну с электролитом, подключается к аноду, а катодом служит металлическая пластина (медь, свинец и т.д.) После подачи напряжения на электроды, начинается интенсивное растворение выступов микронеровностей заготовки вследствие повышенной плотности тока на их вершинах. Поверхности впадин микронеровностей растворяются значительно медленнее, так как заполняются экранирующими их продуктами растворения, имеющими пониженную проводимость. В результате такого неравномерного растворения происходит сглаживание толщины дефектного слоя и увеличение коррозионной стойкости поверхности. Для повышения интенсивности растворения используют электролит, нагретый до 40…80˚С. Размерная ЭХО предназначена для изменения формы, размером и шероховатости поверхностей обрабатываемой заготовки. При размерной ЭХО растворение металла происходит при прохождении тока через электролит, прокачиваемый под давлением в зазоре между электродом – инструментом и заготовкой. Наиболее интенсивное растворение происходит на участках, где зазор минимален, а плотность тока наибольшая. В ходе размерной ЭХО происходит выравнивание плотности тока в межэлектродном зазоре и, как следствие, копирование профиля электрода – инструмента на заготовки. В связи с растворением металла заготовки и необходимостью поддержания оптимальной ширины межэлектродного зазора для продолжения процесса инструменту – катоду сообщается движение подачи, направленное к обрабатываемой поверхности. В качестве электролитов используют растворы солей NaCl, NaNO 3 , Na 2 SO 4 с добавлением слабого раствора соляной кислоты. Наиболее часто используют водный раствор NaCl, который дёшев и обеспечивает длительную работоспособность благодаря непрерывному восстановлению в растворе хлористого натрия. В среднем электрические параметры размерной ЭХО следующие: напряжение U = 6 … 60 В; плотность тока i = 5…250 A/см 2 . При этом достигается параметр шероховатости обработанной поверхности R a = 2,5… 0,32 мкм, который с увеличением плотности тока снижается. Размерной ЭХО подвергаются наружные и внутренние поверхности. Она служит так же для прошивки и калибрования отверстий (рис. а), обработки лопаток турбин (рис. б), труб, фасонных полостей и т.д. Выполняют размерную ЭХО на специальных станках, включающих механизмы, реализующие кинематическую схему обработки: источник электропитания; гидросистему, обеспечивающую очистку и подачу электролита в межэлектродный зазор; устройства, контролирующие работу систем и средства автоматики, поддерживающие оптимальный межэлектродный зазор и другие параметры процесса. 48 Зубообрабатывающие станки 1. Кинематика станков для нарезания цилиндрических зубчатых колёс. Существуют два основных метода нарезания зубьев зубчатых колёс: метод копирования и метод обкатки. Метод копирования. При обработке этим методом впадина зубчатого колеса образуется режущим инструментом, профиль режущих кромок которого выполнен по форме впадины нарезаемого колеса. К данному методу относятся фрезерование зубьев модульными дисковыми и пальцевыми фрезами, строгание профильными резцами, обработка протяжками и профильными шлифовальными кругами. Следует отметить, что профиль зуба (кривизна эвольвенты) зубчатого колеса зависит от модуля, угла зацепления и числа зубьев, следовательно, теоретически для обработки каждого зубчатого колеса с определённым числом зубьев и модулем потребуется свой режущий инструмент. Поэтому, например, при обработке дисковыми модульными фрезами зубчатых колёс одного модуля, но с различным числом зубьев применяют наборы фрез из 8, 15 или 27 шт. Метод копирования при изготовлении зубчатых колёс имеет ограниченное применение. 49 Метод обкатки. При обработке зубчатых колёс методом обкатки в процессе нарезания зубьев воспроизводится работа какой либо зубчатой пары (реечной, цилиндрической, червячной, конической). При этом одна из деталей зубчатой пары является инструментом, а другая – заготовкой. Формирование боковых поверхностей обрабатываемых зубьев происходит при последовательном изменении положений режущих кромок инструмента в процессе огибания (обкатки) инструмента и заготовки. Метод обкатки обеспечивает высокую производительность и точность нарезания зубьев, возможность одним инструментом обрабатывать зубчатые колёса одного и того модуля с любым числом зубьев. Обработка зубчатых колёс долбяками. Долбяк 1 имеет форму цилиндрического колеса, зубья которого выполнены с углами резания. При нарезании воспроизводиться работа пары цилиндрических зубчатых колёс (долбяк 1 и заготовки 2). Во время обработки долбяк получает прямолинейное возвратно- поступательное главное движение и медленное вращение вокруг своей оси. В начале нарезания зубьев при согласованном вращении заготовки и долбяка (движение обкатки) происходит радиальное врезание долбяка (или заготовки) до полной глубины резания. Для получения полностью обработанных зубьев на всей окружности заготовка после окончания радиального врезания долбяка должна сделать полный оборот. Резание происходит только при прямом ходе долбяка, а при обратном холостом ходе шпиндель долбяка или стол несколько отводится образуя зазор между инструментом и заготовкой для устранения трения задних поверхностей долбяка в впадине нарезаемого колеса. Долбяками можно производить нарезание цилиндрических колёс наружного зацепления внутреннего зацепления, зубчатых блоков, цилиндрических колёс с косыми зубьями. Для нарезания цилиндрических колёс с косыми зубьями необходимы специальные долбяки. Угол наклона зубьев долбяка должен равняться углу наклона зубьев нарезаемого колеса. Для нарезания колёс наружного зацепления направление наклона зубьев долбяка должно быть противоположным, а для нарезания колёс внутреннего зацепления – одноименным. Дополнительный к 50 основному вращению поворот долбяка при помощи специальных винтовых направляющих копиров. Зубодолбёжные станки. Производительность их (кроме работающих многорезцовой головкой) ниже, чем зубофрезерных, однако они незаменимы при нарезании колёс внутреннего зацепления, а так же колёс с буртами и блоков, в которых недостаточно места для выхода фрезы. Зубодолбёжные станки могут работать: 1. долбяком круглым; долбяком – рейкой; 3. многорезцовой головкой обрабатывающей в шестерне одновременно все впадины (рис. 30-31). В первых двух случаях образующая линии зуба получается методом обкатки, а в третьем случае – методом копирования полной образующей линии. Зубодолбёжный станок модели 514, рис. 33, предназначен для обработки шестерён с диаметром до 450 мм и модулем до 6 мм. Обработка зубчатых колёс производиться долбяком по методу обкатки. 1. Главное движение (возвратно-поступательное движение долбяка) осуществляется от эл. двигателя Д через клиноременную передачу, два двойных подвижных блока шестерён, кривошипный диск К р , зубчатую рейку, колесо- колесо, рейку. Расчётные перемещения долбяка мин ход дв дв эл мин об n n / / долбяка мин ход дв n n Д 88 22 280 100 Число двойных ходов долбяка в мин. определяют по формуле l V n ср 2 1000 , где V ср – выбранная средняя скорость резания, м/мин; l = b + c – длина хода долбяка (b – ширина заготовки, c - выбег). Длину хода долбяка регулируют изменением радиуса вращения пальца кривошипа (К р ). 2) Движение круговой подачи – поворот долбяка на его двойной ход. В зубодолбёжных станках под круговой подачей S кр понимают длину дуги поворота долбяка по делительной окружности за один его двойной ход. Следовательно, цепь подачи соединяют вращение долбяка и перемещение долбяка 1 долб периметре на мм S Дд долб ход дв кр Т.к. одному двойному ходу долбяка соответствует один оборот кривошипного диска. По УКБ подача начинается от кривошипного диска Дд S долб ход дв кр 1 долб s z m Дд долб S кр Sк z m S i 100 1 42 28 23 3 28 28 1 где S m - модуль долбяка. Отсюда формула настройки: долб s кр Sкр z m S i 366 3) Движение радиальной подачи обеспечивает перемещение заготовки в радиальном направлении до полной глубины нарезания. В цепи подач врезания 1 Пвр подачи радиальной мм Sвр долб ход дв 51 вр Sвр S H i 40 2 40 1 48 24 28 28 1 H Sвр i Sвр 1600 Здесь Н – шаг подъёма архимедовой спирали кулачка К вр Врезание долбяка в заготовку на заданную высоту зуба осуществляется плоским кулачком К вр . На кулачке имеется участок врезания, профиль которого очерчен по спирали Архимеда (занимает угол α вр =90˚) и участки обкатки, очерченные по окружности, занимающие различные углы в зависимости от числа проходов. При нарезании зуба в один проход кулачок, поворачиваясь на угол α вр , действует на долбяк, перемещая его по направлению к заготовке (врезание). Когда ролик достигает точки 1 врезание прекращается. При дальнейшем вращении кулачка на угол α 1 происходит обкатка. За это время заготовка совершает 1 оборот. Когда ролик достигает точек 2 он попадает во впадину и заготовка отходит от долбяка. 4) Движение обкатки обеспечивает согласованное вращение долбяка и заготовки. Уравнение кинематического баланса (УКБ) и формула настройки. / 1 долб об z z заг об долб заг долб заг об z z i 100 1 30 30 30 30 1 1 240 1 заг долб об z z i 4 , 2 Здесь i об в знаменателе, потому, что порядок сменных шестерён a, b, c, d на схеме обозначен в обратном направлении и 1 об i a b c d Обработка цилиндрических зубчатых колёс червячными фрезами При обработке зубчатых колёс червячными фрезами воспроизводиться движение червячной передачи. В этом случае червяк (фреза) является режущим инструментом, а колесо – заготовкой. Во время обработки червячная фреза 1 получает главное вращательное движение и движение вертикальной подачи, а заготовка 2 вращение, согласованное с вращением червячной фрезы (движение обкатки). 52 При фрезеровании цилиндрических зубчатых колёс с прямыми зубьями (рис. а) между осью червячной фрезы и торцовой плоскостью нарезаемого колеса устанавливают угол γ, равный углу α подъёма винтовой нарезки червячной фрезы. При фрезеровании цилиндрических колёс устанавливают следующим образом: 1) если углы наклона винтовых нарезок червячной фрезы α и нарезаемого колеса β одноимённы (оба колеса левые или оба правые), то угол установки фрезы равен γ= β – α (рис. б); 2) если углы наклона винтовых нарезок червячной фрезы α и нарезаемого колеса β разноимённы, то угол установки оси червячной фрезы γ равен γ= β + α (рис. в) Нарезание цилиндрических колёс с прямыми и косыми зубьями Рассмотрим принципиальные схемы нарезания цилиндрических колёс с прямыми и косыми зубьями червячными фрезами и проведём анализ движений, которые должны совершать инструмент и заготовка. Схема (а): ось червячной фрезы устанавливают под углом γ = α. Червячную фрезу устанавливают на полную глубину фрезерования. Во время обкатки червячная фреза получает главное вращательное движение (n ф ) и движение вертикальной подачи в направлении l, параллельном оси заготовки, а заготовка – вращение, согласованное с вращением червячной фрезы (движение обкатки). Уравнения кинематического баланса в общем виде будут иметь вид: 53 , 1 0 заг об z К l заг об z К n n ф фрезы об заг об фрезы мм ф ф фрезы об ф где ф К - число заходов червячной фрезы; z – число зубьев нарезаемого колеса. Нарезание цилиндрических зубчатых колёс с косыми зубьями может производиться тремя способами (рис. б, в, г), которые отличаются др. от друга направлением перемещения червячной фрезы. Во всех случаях ось червячной фрезы устанавливают под углом γ = β ± α, а червячную фрезу – на полную глубину фрезерования. При нарезании цилиндрических зубчатых колёс с косыми зубьями по схеме (б) червячная фреза получает главное вращательное движение и движение вертикальной подачи в направлении l, параллельном оси заготовки. В данном случае направление перемещения червячной фрезы не совпадает с направлением винтовой линии зубьев нарезаемого колеса, поэтому заготовка кроме движения обкатки должна получить дополнительный поворот, обеспечивающий совмещение направления зубьев нарезаемого колеса с зубьями червячной резы. Этот дополнительный поворот заготовка получает как при вращении винтов в винтовой паре, т.е. если фреза переместится на величину l, то дополнительный поворот заготовки должен составить величину l/T, где Т – шаг винтовой нарезки нарезаемого колеса. УКБ имеет вид: , 1 заг об T l z К заг об T l l заг об z К n n ф фрезы об фрезы ф ф фрезы об ф Таким образом, заготовка должна получить сумму двух движений (знак “+” при условии, когда винтовые нарезки нарезаемого колеса и червячной фрезы одноимённы). 54 При нарезании цилиндрических колёс с косыми зубьями по схеме (в) червячная фреза, получая главное вращательное движение, перемещается в направлении l, которое совпадает с направлением зубьев нарезаемого колеса. Такое перемещение червячной фрезы обеспечивает нарезание цилиндрических колёс с косыми зубьями при получении заготовкой только одного движения – вращение, как при работе червячной пары (движение обкатки). УКБ имеет вид: , 1 0 заг об z К l заг об z К n n ф фрезы об заг об фрезы мм ф ф фрезы об ф Следовательно, при нарезании цилиндрических колёс с косыми зубьями по данной схеме требуется простая настройка станка. При нарезании цилиндрических колёс с косыми зубьями по схеме (г) червячная фреза получает главное вращательное движение и перемещение в направлении l, не совпадающим с направлением оси заготовки и с винтовой нарезкой нарезаемого колеса. Однако это движение можно разложить на два: l 1 – параллельное оси заготовки и l 2 – перпендикулярное ей. Нарезаемое колесо в данном случае будет получать сумму трёх движений. Первое – как при работе червячной пары (движение обкатки), второе, как при работе винтовой пары и третье – как при работе реечной пары: , 1 2 1 2 2 1 1 заг об mz l T l z К заг об mz l l заг об T l l заг об z К n n ф фрезы об фрезы фрезы ф ф фрезы об ф В данном случае, требуется сложная дифференциальная настройка станка. Нарезание червячных колёс червячными фрезами 55 Следует отметить, что с каждым червячным колесом может входить в зацепление только червяк одного определенного размера. Это говорит о том, что червячное колесо необходимо нарезать червячной фрезой, имеющей все основные параметры (модуль, диаметр делительной окружности, число заходов, угол винтовой нарезки) такие же, как у червяка, которой будет работать с данным нарезаемым колесом. Червячные колеса могут быть нарезаны двумя способами: радиальной подачей фрезы и осевой или тангенциальной подачей фрезы. В обоих случаях ось червячной фрезы устанавливают перпендикулярно оси заготовки и в средней плоскости нарезаемого червячного колеса. При способе нарезания червячных колёс с радиальной подачей фрезы (рис. а) червяная фреза получает главное вращательное движение n ф и перемещение в направлении l (радиальная подача), заготовка – вращение, согласованное с вращением червячной фрезы (движение обкатки). Процесс нарезания заканчивается после перемещения фрезы на полную глубину зубьев нарезаемого колеса. УКБ имеет вид: , 1 0 заг об z К l заг об z К n n ф фрезы об заг об фрезы мм ф ф фрезы об ф При способе нарезания червячных колёс с осевой или тангенциальной подачей (рис. б) фреза выполняется с заборным конусом и при настройке станка её устанавливают на полную глубину фрезерования. При обработке червячная фреза получает главное вращательное движение n ф и движение осевой подачи в направлении l, заготовка при этом должна получить вращение, как при работе червячной пары (движение обкатки), и дополнительный поворот как при работе реечной пары при перемещении червячной фрезы на величину l. Таким образом мы имеем: 56 заг об mz l l заг об z К n n фрезы ф ф фрезы об ф , 1 заг об mz l z К ф фрезы об Зубофрезерные станки Они предназначены для нарезания цилиндрических колёс прямыми, косыми и шевронными (зубчатое колесо с косыми зубьями расположенными V-образно) зубьями наружного зацепления, а также червячных колёс с помощью специального суппорта на зубофрезерных станках можно нарезать колёса и внутреннего зацепления, но с единичным делением. Зубофрезерные полуавтоматы наиболее распространены среди зубообрабатывающего оборудования благодаря высокой производительности и достаточной точности. Зубофрезерный 3-х шпиндельный полуавтомат мод. Е 3 – 5 (рис. 34) предназначен для предварительного нарезания одновременно трёх цилиндрических прямозубых шестерён методом копирования профиля дисковых фрез. (На кинематической схеме показан только один стол из трёх) Кинематическая структура полуавтомата состоит из трёх групп Рабочая подача фрезерного суппорта П фр от двигателя Д 2 всегда включена. А быстрое перемещение фрезерного суппорта от эл. двигателя Д б вверх и вниз включается через упор У п и конечный выключатель КВ движением суппорта П фр В крайнем верхнем положении суппорта одновременно включается электромагнитом ЭМ и муфта делительного механизма Дел. В делительной кинематической цепи заг об z диска делит об заг 1 1 заг дел z i 1 84 2 1 заг дел z i 42 Полуавтомат применяется при крупносерийном и массовом производстве шестерён. Зуборезный станок мод. 5Е32 (рис. 36) является широкоуниверсальным и предназначен для нарезания цилиндрических колёс с диаметром 800 мм и модулем до 8 мм. Режущим инструментом является червячная фреза. Нарезание 57 зубчатых колёс производится методом обкатки. Станок позволяет работать “попутным” и “встречным” способами зубофрезерования. 1. Главное движение (вращение червячной фрезы) осуществляется от эл. двиг. Д. В цепи привода фрезы: фрезы мин об n дв эл мин об n / / 72 18 25 25 25 25 25 25 35 35 48 32 240 126 1440 фр V n i 2.Движение обкатки обеспечивает согласование вращения фрезы и заготовки. В цепи обкатки заг об z К фрезы об ф 1 ф К - число заходов червячной фрезы; z – число зубьев нарезаемого колеса. УКБ: z К iоб iоб ф 96 1 1 46 46 25 25 25 25 18 72 1 2 1 Сменные шестерни 1 iоб введены для расширения диапазона регулирования гитары сменных шестерён 2 iоб Причём при z заг < 160 1 45 45 1 iоб заг ф z К iоб 24 2 при z заг ≥ 160 2 1 60 30 1 iоб заг ф z К iоб 48 2 3. Движение подачи обеспечивает перемещение фрезы в вертикальном или горизонтальном направлении относительно заготовки. В цепи привода подач: мм S или S заг об гор верт 1 соответствующей подачи. Для вертикальной подачи, например, УКБ: верт S S i 10 30 5 20 4 16 16 19 19 36 45 24 2 1 96 1 верт S S i 3 , 0 Двигатель Д 2 включается периодически во время смены заготовки для осевого перемещения фрезы, что бы затупляемость режущих лезвий у неё была равномерной. 4. Дифференциальное движение. Используется при нарезании цилиндрических колёс с косыми зубьями – обеспечивает дополнительный поворот заготовки при перемещении фрезы в вертикальном направлении. В цепи дифференциального движения: фрезы е перемещени верт мм Т заг об фрезы е перемещени верт мм S заг об заг об z К n n фрезы мин об n дв эл мин об n верт ф ф фрезы об ф 1 1 / / УКБ четвёртого расчётного перемещения: Т i iоб iоб винт 10 30 5 20 4 16 16 19 19 36 45 30 1 1 96 1 1 2 Т – шаг винтовой нарезки колеса. |