Зубофрезерный станок

Дата публикации: 14/09/2022

Зубофрезерные станки принято относить к отдельной категории оборудования, способного выполнять сложные операции по нарезке зубьев шестерен и венцов зубчатых колес. Машины этого типа имеют более сложную в отличие от простых фрезеров систему подачи и позиционирования инструмента. Это связано с необходимостью совершать сложные по траектории движения, позволяющие сформировать зуб методом непосредственного прямого фрезерования или обкатки для получения эвольвентных форм.

Устройство и принцип работы оборудования

По компоновке и устройству в зубофрезерном станке можно найти некоторое сходство с токарным, но это скорее визуальное сходство. Функционально элементы управления расположены слева на прикрепленной к станине вертикальной стойке. Справа находится вертикальная стойка контрподдержки. Обработка детали производится в пространстве между стойками, при этом в зависимости от типа станка заготовка может располагаться горизонтально или вертикально, боком.

Принцип работы зубофрезерного станка состоит в выработке металла вращающимся инструментом – фрезой. При этом инструмент и заготовка могут быть подвижны в разных осях. Технология обкатки предполагает воспроизведение движений частей шестеренчатого узла, при котором одну из частей заменяет фреза.

Область применения зубофрезерных станков

Область применения распространяется на все отрасли, где применяются зубчатые колеса, рейки, червячные валы и шестерни. В ряде случаев на станке обрабатывается заготовка венца зубчатого колеса, изготовленная из более прочного сплава, чем диск.

Основные области применения и возможности обработки заготовок:

формирование зубьев шестерен с коническим модулем без наклона и изменения формы боковых поверхностей;
фрезерование наклонных зубьев на станках с настраиваемой делительной гитарой;
обработка цилиндрических шестерен и венцов для получения зубчатых колес и валов;
формирование конусных шестерен и валов, червячных валов и реек.

Для работы с зубьями сложной формы – наклонными, эвольвентными – необходимо использовать станок с гитарой деления. Это узел, позволяющий фрезеровать зубья шестерен и колес с разными вариантами наклона по углу и направлению. Делительная гитара организует вращение заготовки таким образом, чтобы происходило постоянное или периодическое смещение относительно инструмента. Это позволяет избежать более сложных движений суппорта с фрезой, то есть, сокращает износ привода и упрощает процесс.

Основные технические параметры

Говоря о технических характеристиках зубофрезерного станка, следует учитывать, что моделей и компоновок много, поэтому диапазон абсолютных и относительных критериев в цифрах очень широк. Есть основные показатели, на которые можно ориентироваться, исходя из решения определенных задач:

параметры инструмента – скорость вращения, посадочные формы и диаметры, рабочий диаметр и профиль фрезы в зависимости от задач;
параметры приводов – количество двигателей (возможны варианты), мощность и крутящий момент, потребляемая мощность, передаточное число на приводах;
габаритные размеры и формат рабочей зоны станка определяют возможность размещения заготовок определенной формы и размеров;
общий габарит и масса указывают на занимаемое место и характер установки оборудования в определенных условиях.

Один из пунктов этого перечисления требует более полного раскрытия. Это касается рабочей зоны и методов обработки заготовок в зависимости от формата.

Изучение номенклатуры зубчатых колес, шестерен, валов, червячных приводов показывает, что для получения профилей необходимо выполнить большое количество операций с разными позициями инструмента. Оптимальным для таких случаев решением становится распределение движений между фрезой и заготовкой с первоначальным ориентированием детали в зависимости от конфигурации венца и модуля зуба. Кроме того, в конструкции станка может быть предусмотрен радиальный и тангенциальный метод фрезерования.

Радиальный ход – обработка производится за счет движения инструмента в плоскости, перпендикулярной плоскости венца и оси детали. Это позволяет в полной мере использовать возможности гитары деления и проходить врез одним движением суппорта с оснасткой. Тангенциальный метод основан на движении инструмента по касательной или по хорде окружности венца. Это позволяет получить более сложные формы зуба и применять методы обкатки, используя движения инструмента в двух плоскостях и изменение положения заготовки. Этим обусловлено применение сложной системы наклонно-поворотных столов, подвижных в двух плоскостях суппортов и разных вариантов компоновки станка.

Типовые компоновки зубофрезерных станков

Принято классифицировать компоновку зубофрезерного станка в зависимости от расположения оси заготовки по отношению к строительной оси станка. Строительной осью в данном случае можно считать линию, проведенную по центральной части станины от передней стойки до стойки контрподдержки.

Варианты и возможности станков с вертикальным расположением заготовки:

заготовка располагается на горизонтально подвижном (плавающем) рабочем столе, обработка выполняется в ходе осевой подачи суппорта с инструментом и соответственного поворота венца гитарой деления;
заготовка располагается на неподвижном горизонтальном рабочем столе, перемещение фрезы происходит в осевом направлении вместе с конструкцией инструментальной стойки;
заготовка располагается на подвижном вертикально рабочем столе, который выполняет основное перемещение и осевую подачу, обработка происходит за счет горизонтального перемещения инструмента на стойке.

Все три решения позволяют автоматизировать процесс обработки в разной степени, второй вариант используется в случаях, когда есть необходимость автоматизировать процесс загрузки и выгрузки заготовок и стружки.

Варианты решений с горизонтальным расположением детали:

осевая подача осуществляется столом горизонтально, инструментальная стойка отрабатывает в радиальном направлении, что особо удобно для работы с цилиндрическими заготовками;
подающий стол зафиксирован горизонтально и вертикально, все рабочие перемещения выполняет инструментальная стойка с суппортом для осевой и радиальной подачи.

Исходя из компоновки и взаимной подвижности элементов технологи выстраивает рабочий процесс и задает очередность действий.

Тип привода зубофрезерного станка

Привод имеет решающее значение для работы станков с подвижным столом. Если вращение на фрезу обеспечивается обычными решениями – ременным приводом или через шестерни делителя, то для перемещения рабочего стола и инструментальной стойки нужны другие решения. Это либо червячная передача с регулируемым зазором, либо блок червячных валов с противоходом, либо гидравлический привод.

Преимущества червячных приводов состоит в высокой точности перемещения за счет коэффициента передачи вращения. Гидравлика обеспечивает высокую точность и мощность при работе с массивными заготовками.

Привод инструментальной стойки может быть червячным или гидравлическим. В отдельных моделях станков встречаются шестереночные конические делители, требующие частого обслуживания. Подвижный суппорт получает крутящий момент от двигателя инструментальной стойки или отдельного мотора.

ЧПУ для зубофрезерных станков

Принцип внедрения систем ЧПУ в зубофрезерные станки оказался вполне доступен за счет применения типовых подходов к кинематическим схемам. В качестве основного движения рассматривается вращение шпинделя с инструментом. Подготовительные движения:

перемещение рабочего стола по горизонтали (2 оси);
осевая подача инструментальной стойки (1 ось);
осевая подача рабочего стола по вертикали или горизонтали (1 ось);
ускоренные перемещения стойки и стола для первичного или промежуточного позиционирования.

Отдельно рассматривается кинематическая схема с командами на перемещение подвижного в двух плоскостях суппорта и подачей стойки. Обязательно вводится управление приводом для постоянного удаления стружки и подачи СОЖ.

Все приведенные движения и функции можно реализовать с помощью кадров G-кода и М-кода по аналогии с фрезерным станком. При внедрении ЧПУ для зубофрезерного оборудования можно воспользоваться преимуществами системы глубокой автоматизации DPA – это полный контроль производства от загрузки УП на каждую линию и станок, сбор данных о работе оборудования, аналитическая часть с выдачей результатов и система управления производством на любом уровне по выбору заказчика.

к списку статей