Автор: Маеров А.Г.  

Теги: формообразование со снятием стружки   молоты и прессы   разделительные операции без образования стружки, дробление и измельчение, обработка листового материала, изготовление резьбы   отдельные машиностроительные и металлообрабатывающие процессы и производства   машиностроение   металлорежущие станки   обработка металлов   станки  

Год: 1986

Похожие

Устройство, наладка и эксплуатация металлообрабатывающих станков и автоматических линий.

Устройство, наладка и обслуживание металлообрабатывающих станков и автоматических линий

Конструкции, наладка и эксплуатация агрегатных станков и автоматических линий

Основы автоматики и автоматического регулирования станков с программным управлением

Текст
                    ДЛЯ ТЕХНИКУМОВ
А.Г. Маеров
УСТРОЙСТВО,
основы
КОНСТРУИРОВАНИЯ
И РАСЧЕТ МЕТАЛЛО-
ОБРАБАТЫВАЮЩИХ
СТАНКОВ
И АВТОМАТИЧЕСКИХ
ЛИНИЙ
Эта электронная версия книги предназначена только для
частного использования в образовательных целях.
Любая форма продажи данного электронного документа
запрещена!
Электронная версия книги подготовлена в филиале БИТУ
«Минский государственный машиностроительный
колледж» и является бесплатной.
Если у Вас есть замечания или предложения,
vraaF касающиеся этого документа, обращайтесь на
www.colleqe.by
© Подготовка электронной версии. Жданович В. В.
и учащиеся филиала БИТУ «МГМК»
Июль 2017	Шемель И.В., Коробко П.С. (534-ТО)

ББК 34.63-5
М12
УДК 621.9.06 + 621.9.06.234.3
Рецензенты: НА. Чистякова, А.М. Итин f
Маеров А.Г.
М12 Устройство, основы конструирования и расчет металлообра-
батывающих станков и автоматических лини^ Учебное пособие
для техникумов по специальности ’’Металлообрабатывающие
станки и автоматические линии. М.: Машиностроение, 1986 —
368 с., ил.
В пер.: 1 р. 20 к.	ф
Рассмотрены назначение, устройство и работа механизмов й станков
для обработки металлов резанием (включая станки с ЧПУ), а также авто-
матических линий, их компоновка, кинематические схемы, особенности
конструкции, настройка, основные вопросы наладки И эксплуатации.
Даны общие сведения о проектировании станков й автоматических линий.
Освещены вопросы конструирования и расчета коробок скоростей и подач,
шпиндельных узлов, механических тяговых устройств и некоторых эле-
ментов автоматических линий.

ВВЕДЕНИЕ
Изготовление большинства деталей автомобилей, ракет, турбин,
часов, машин, работающих в сельском хозяйстве, в текстильной и дру-
гих отраслях промышленности невозможно без применения металло-
обрабатывающих станков.
История создания отечественных станков начинается с середины
XVII — начала XVIII в, когда совершенствовалось производство в Тульс-
ко-Каширской группе оружейных заводов. Выдающийся русский механик
А.К. Нартов, возглавлявший токарную мастерскую Петра I, изобрел
токарный станок с механическим суппортом. В то время некоторые
станки 1^ак выдающиеся изделия были направлены в качестве дипдома-
тических подарков в Берлин и Париж. В XVIII—XIX в оригинальные
станки создали П.Д. Захава, Е.А. и М.Е. Черепановы и многие другие
талантливые механики-самоучки. Во второй половине XIX b.vначал разви-
вать науку о станках академик А.В. Гадодин.
В царской России не уделяли внимания развитию станкостроения;
существовали лишь отдельные небольшие заводы и мастерские. К 1917 г.
парк станков в России составлял около 100 тыс. единиц, из них менее
20 % были отечественными. Социалистическая индустриализация превра-
тила станкостроение в самостоятельную отрасль.
В послевоенные годы строились новые и реконструировались старые
станкостроительные заводы, продолжалось совершенствование станков,
возрастал их выпуск, Советское станкостроение стало способно созда-
вать станки любого типа, полностью автоматизированные. В Советском
Союзе были созданы первые в мире завод-автомат по изготовлению
автомобильных поршней и автоматический цех по производству под-
шипников.
Теперь станкостроение рассматривается как сердцевина машино-
строения. Достижения станкостроения оценивают не столько по общему
числу выпущенных станков, сколько по их качеству, техническому уров-
ню, прежде всего по производительности и степени автоматизации.
Автоматизации станков всегда придавалось большое значение. Но
раньше она касалась в основном отдельных станков или станочных систем
для массового и крупносерийного производства. Сейчас же необходима
комплексная автоматизация, охватывающая мелкосерийное и единичное
производство. В результате научно-технической революции были созданы
современные малогабаритные и высоконадежные средства вычислитель-
ной техники. На базе этой техники создают электронные системы число-
вого программного управления (ЧПУ). Налажен выпуск металлорежущих
станков с\ЧПУ, в том числе многоцелевых с автоматической сменой
инструментов. Решается задача резкого улучшения структуры выпускае-
мого оборудования. Рост выпуска станков с ЧПУ значительно опережает
общий рост объема производства станкоинструментальной промыш-
ленности.
Намечено значительное увеличение выпуска автоматических линий,
в том числе переналаживаемых на изготовление различных деталей, уско-
3

ренное развитие производства^, ЮоМилекСов металлообрабатывающего
оборудования, оснащенных автоматическими манипуляторами или робо-
тами. В гибких производственных системах (ГПС) без рабочих-ста-
ночников будет обеспечена почти непрерывная работа станков при
широкой номенклатуре изделий (безлюдная технология). Должны воз-
расти точность и надежность станков, удельный вес продукции выс-
шей категории качества в общем выпуске станкоинструментальной про-
мышленности.	* у
Проектирование и изготовление станков и станочных систем зна-
чительно ускоряются на основе агрегатного (модульного) принципа их
создания. Для этого разработаны гаммы однотипных станков, состоя-
щих из унифицированных деталей и узлов. Большое развитие получили
агрегатные станки и автоматические линии из них. Такой подход позво-
ляет расширять автоматизированное проектирование с использованием
электронных вычислительных машин (ЭВМ). Появляется возможность
вести расчеты, которые раньше были невозможны, находить оптималь-
ные размеры, обрабатывать результаты исследований, перебирать мно-
жество вариантов решений, искать принципиально новые конструктив-
ные решения, освобождать конструктора от нетворческой работы. При
этом роль конструктора не уменьшается, он ведет диалог с ЭВМ, руко-
водит ею- От знания особенностей станков зависит эффективность их
проектирования, изготовления и эксплуатации.

' ' гг-- Р'А'ЭД'ЕЛSKTNHEbO ООННО’.’
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТАНКАХ
И УСТРОЙСТВО ИХ УЗЛОВ
ГЛАВА 1.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ
СТАНКАХ
§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ
Металлообрабатывающий станок — это машина, предназначенная
для обработки металлических заготовок в целях образования заданных
поверхностей путем снятия стружки. Обработка производится преиму-
щественно путем резания лезвийным или абразивным инструментом
(металлорежущие станки). Получают распространение станки для обра-
ботки заготовок электрофизическими и электрохимическими методами.
Станки применяют также для выглаживания поверхности детали, для
обкатывания поверхностей роликами. Металлорежущие станки допускают
резание неметаллических материалов, например текстолита, капрона.
Специальные станки обрабатывают также керамику, стекло и другие
материалы.
Выпускается большое число металлообрабатывающих станков, разли-
чающихся назначением, техническими возможностями и размерами.
Совокупность всех типов и размеров станков, выпускаемых и плани-
руемых к выпуску на определенный период времени, например на пяти-
летку, называется типажом. Типаж станков постоянно обновляется и
совершенствуется.
Станки можно классифицировать по различным признакам. В зави-
симости от вида обработки, применяемого режущего инструмента и
компоновки все серийно выпускаемые станки разделены на девять групп,
а в каждой группе предусмотрены девять типов (табл. 1).
Станки одного и того же типа могут отличаться компоновкой (напри-
мер, зубофрезерные вертикальные и горизонтальные), кинематикой,
т. е. совокупностью звеньев, передающих движение, конструкцией (напри-
мер, подвижные звенья, работающие со скольжением или с качением),
системой управления, размерами.
Общесоюзными стандартами установлены основные размеры, харак-
теризующие станки каждого типа. Для токарных и круглошлифовальных
станков это наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, для фре-
зерных станков - длина и ширина стола, на который устанавливается
заготовка, для поперечно-строгальных станков — наибольший ход пол-
зуна с резцом.
Группа однотипных станков, имеющих сходную компоновку, кине-
матику и конструкцию, но разные основные размеры, составляет размер-
ный ряд. Так, по ГОСТ 6852—80Е для зубофрезерных станков общего

Т-М:	<{/('• Г'.‘ Г> 1  Классификация металлорежущих станков
Станки Группа
Типы
		0	1	2	3	4	5	6	7	8
Токарные	1	Авт и полу специали- зированные	оматы автоматы одношпин- дельные	многошпмн дельные	Револьвер- ные	Сверлиль- но-отрсэны	Карусель- еные	Токарные к лобовые	Многоре> цовые	Специали- зированные
Сверлиль- ные и рас- точные	2		Вертикаль- но-свер- лильные	Полуавто- маты одно- шпиндель- ные	-	Координат- но-расточ- ные	Радиально- сверлиль- ные	Горизон- тально-рас- точные	Отделочно- расточные	Горизон- тально-свер- лильные
Шлифоваль- ные. дово- дочные	3		Кругло- шлифо- вальные*	Внутри- шлифо- вальные	Обдироч- но-шлифо- вальные	Специали- зированные шлифо- вальные		Заточные	ПЛ0СК0ШЛИ1 фовальные	Притироч- ные и поли- ровальные
Комбини- рованные	4		 -	-	-	-	-	-	-	-
Зубо-и резьбообра- батываю- щие	5	Резьбо- нарезные	Зубодол- бежные для цилиндри- ческих колес	Зуборе> ные для ко- нических колес	Зубофр для цилинд- рических колес и шлицевых валов	езерйые: для червяч- ных колес	Для обра- ботки тор- цов зубьев колес	Резьбофре- эерные	Зубоотде- л очные	Зубо- и резь- бошлифо- вальные
Фрезер- ные	6		Вертикаль- но-фрезер- ные кон- сольные	Фрезерные непрерыв- ного дей- ствия		Копиро- вальные и гравиро- вальные	Вертикаль- ные бескон- сольные	Продоль- ные	Широко- универ- сальные	Горизон- тальные консольные
Строгаль- ные, дол- бежные и протяжные	7		Продольные: одностоеч- I двухстоеч- ные	ные		Поперечно- строгаль- ные	Долбеж- ные	Протяжные горизон- тальные	-	Протяжные вертикаль- ные	-
Отрезные	8		Огре токарным резцом	зные, работа абразив- ным кру- гом	ющие: фрикцион- ным бло- ком	Прав ил ь- но-отрез- ные	Ленточ- ные	Кругло- шлифо- вальные	Ножовоч- ные	-
Разные	9		Муфго-н трубо- обраба- тывающие	Пмлонасе- кательные	Прав ильн о- и бесцент- рово-обди- рочные	-	Для испыта- ния инстру- ментов	Делитель- ные маши- ны	Баланси- ровочные 1	-
назначения предусмотрено 12 типоразмеров с диаметром устанавливае-
мого изделия 80 мм.. Л 2,5 м.
Конструкция станка конкретного типоразмера, спроектированная
для заданных условий обработки, называется моделью. Каждой модели
присваивается свой шифр - номер, состоящий из нескольких цифр и
букв. В основе номера модели серийно выпускаемого станка три-четыре
цифры. Первая цифра означает группу станка, вторая — его тип, третья
или третья и четвертая цифры отражают основной размер станка. Напри-
мер, модель 7216 означает: продольно-строгальный двухстоечный
станок с наибольшей шириной обрабатываемого изделия 1600 мм. Буква
между первой и второй цифрами означает определенную модернизацию
основной базовой модели станка. Например, модели 7В35 и 7Е35 отра-
жают последовательную модернизацию поперечно-строгательного станка,
имеющего наибольший ход ползуна 520 мм. Иногда букву ставят и после
второй цифры (16К20), а разновидность базовой модели обозначают
буквой после цифр (16К20Т).
По степени универсальности различают следующие станки -.универсаль-
ные^ или общего назначения, которые используются для изготовления
деталей широкой номенклатуры с большой разницей в размерах, приспо-
соблены для различных технологических операций;
специализированные, которые предназначены для изготовления
однотипных деталей, например ступенчатых валов, сходных по форме,
но с различными размерами;

специальные, которые предназначены длй! изготовления одной опре-
деленной детали или деталей одной формы с небольшой разницей в
размерах.
Специализация станков позволяет повысить их производительность,
но. затрудняет и удорожает переналадку на другое изделие. Универсаль-
ные станки используют в единичном мелкосерийном производстве, спе-
циальные — в крупносерийном и массовом производстве. Модели спе-
циальных и специализированных станков обозначают буквами, указываю-
щими завод, и цифрами, указывающими порядковый номер модели.
Например, станок МШ278 Московского завода шлифовальных станков.
По степени точности станки разделены на классы: Н - станки нор-
мальной точности, П — станки повышенной точности, В - станки высо-
кой точности, А — станки особо высокой точности, С — особо точные
или мастер-станки. В обозначение модели может входить буква, харак-
теризующая точность станка: 16К20П — токарно-винторезный станок
повышенной точности. Станки одного типа выпускают с различной сте-
пенью точности.
По степени автоматизации выделяют станки автоматы и полуавто-
маты. Автоматом называют такой станок, в котором после наладки
все движения, неообходимые для выполнения цикла обработки, в том
числе загрузка заготовок и выгрузка обработанных деталей, автомати-
зированы, т. е. выполняются механизмами станка без участия рабочего.
Рабочий должен лишь пополнять запас заготовок в магазине (бункере)
или вставлять пруток, периодически контролировать размеры обрабо-
танных деталей.
Цикл работы полуавтомата выполняется также автоматически, за
исключением загрузки-выгрузки, которые производит рабочий; он же
осуществляет пуск полуавтомата после загрузки каждой заготовки.
С целью комплексной автоматизации для крупносерийного и мас-
сового производства создают автоматические линии и комплексы, объе-
диняющие различные автоматы, а для мелкосерийного производства —
гибкие производственные модули.
Автоматизация мелкосерийного производства деталей достигается
созданием станков с программным управлением — цикловым (в обоз-
начение модели вводится буква Ц) или числовым (буква Ф). Цифра
после буквы Ф обозначает особенность системы управления: Ф1 - станок
с цифровой индикацией (с показом чисел, отражающих, например, поло-
жение подвижного органа станка) и предварительным набором коорди-
нат (позволяющим выполнить подготовительные действия с целью после-
дующей автоматической отработки перемещения); Ф2 — станок с пози-
ционной или прямоугольной системой; ФЗ — станок с контурной систе-
мой; Ф4 — станок с универсальной системой для позиционной и контур-
ной обработки. Цапример, модель 16К20ФЗ — токарный станок с контур-
ной системой ЧПУ. Особенности различных систем раскрыты в § 20.
По массе разделяют станки на легкие — до 1 т, средние — до 10 т,
тяжелые — свыше 10 т. Тяжелые станки делят на крупные - от 10 до
30 т, собственно тяжелые — от 30 до 100 т, особо тяжелые - Свыше 100 т.
7

§2	. ТЕХНИКЕ) ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА
И КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
Для оценки качества станков пользуются системой технико-экономи-
ческих показателей, наиболее важными из которых являются точность,
производительность, надежность, экономическая эффективность, безопас-
ность и удобство обслуживания. Имеют также значение универсальность,
степень автоматизации, материалоемкость, габаритные размеры, патенто-
способность, а также другие показатели и требования [47].
Точность станка характеризуется его способностью обеспечить форму,
размеры, взаимное расположение с допустимыми отклонениями, а также
определенную шероховатость обработанных поверхностей изделия. В
частности, отклонение от круглости при шлифовании может быть в пре-
делах *0,2...0,3 мкм (1 мкм - 0,001 мм). Некоторое представление о
точности станка можно получить и без обработки, измеряя его погрешности.
Так, геометрические погрешности отражают правильность формы и
взаимного расположения частей станка, несущих инструмент и заготовку,
а также траекторией их движений без резания. Примером служит измере-
ние отклонений от прямолинейности движения каретки с инструментом
на холостом ходу. Кинематические погрешности свидетельствуют о несог-
ласованности движений частей станка, что важно при обработке зубчатых
колес, резьб. Динамические погрешности характеризуют относительные
колебания инструмента и обрабатываемой заготовки (вибрации), а также
неравномерность движений прирезании.
Для станков общего назначения допустимые погрешности установле-
ны ГОСТами на нормы точности. Допуски зависят от размера станка
и класса его точности.
Производительность станка оценивают чаще всего числом деталей,
которые можно изготовить в единицу времени при соблюдении требо-
ваний к точности (штучная производительность) . Помимо штучной произ-
водительности, для сравнения станков, срезающих большой объем струж-
ки (например, при черновой обработке), пользуются также понятием
производительности резания. Она измеряется в см3/мин. Отделочная
обработка характеризуется производительностью формообразования,
которая оценивается площадью поверхностей, обработанных в единицу
времени (м2/мин или см2/мин).
Штучная производительность Q зависит от производительности реза-
ния (или формообразования) и затрат времени Гх на холостые хода и
Гв на вспомогательные операции, не совмещенные во времени с обработ-
кой, например на загрузку заготовок — выгрузку деталей. Если /р —
время резания, то продолжительность цикла обработки одной детали
Т= гр + tx + Тогда
1
т

Zp + 1х + ZB
Повышения производительности станка достигают прежде всего
увеличением скорости движений, глубины резания, числа одновременно
работающих инструментов, автоматизацией цикла работы.
8

Надежность станка является его свойством сохранять при правиль-
ной эксплуатации точность и производительность в заданных пределах,
а также сохранять свои качества при правильном хранении и транспор-
тировании. Надежность характеризуется рядом показателей.
Безотказность является свойством станка сохранять работоспособ-
ность в течение некоторого времени без вынужденных перерывов. Нару-
шение работоспособности называют отказом. Отказом является оста-
новка станка, например, из-за поломки, или выдача негодных деталей.
Долговечность является свойством станка сохранять работоспо-
собность до наступления предельного состояния с необходимыми пере-
рывами для технического обслуживания и текущих ремонтов.
Ремонтопригодность отражает приспособленность станка к предуп-
реждению, обнаружению и устранению причин возникновения отказов и
повреждений. Существуют и другие показатели надежности. Безотказ-
ность и ремонтопригодность имеют наибольшее значение для автоматов
и автоматических линий. Долговечность важна для всех станков, но в
определенных пределах. Чрезмерное ее увеличение нецелесообразно
в связи с моральным старением конструкции в условиях ускорения
технического прогресса.
Экономическая эффективность определяется сравнением приве-
денных затрат для нового и заменяемого станков. Приведенные затраты
включают себестоимость продукции, изготовляемой на станке, и едино-
временные капитальные вложения (стоимость оборудования, здания
и пр.). Экономическая эффективность зависит в первую очередь от произ-
водительности станка. Повышение точности станка выгодно, так как
благодаря этому устраняется ручная доводка, повышается долговеч-
ность или улучшаются другие эксплуатационные качества изготовляемых
деталей.
Безопасность и удобство обслуживания, соблюдение правил произ-
водственной санитарии регламентируются требованиями охраны труда
(ГОСТ 12.2.009—80). Например, быстро движущиеся наружные части
станка должны быть ограждены. Рабочую зону закрывают кожухами
и экранами, снабжают отсасывающими устройствами. Ограничивают
силы, необходимые для управления, и уровни шума механизмов.
Критерии работоспособности являются условиями, которые должны
соблюдаться при конструировании и эксплуатации, чтобы детали, узлы
и станок в целом выполняли свое назначение. К таким критериям отно-
сятся начальная точность, жесткость, виброустойчивость, прочность,
износостойкость, теплостойкость.
Начальная точность зависит от правильного назначения допусков в
чертежах и соблюдения их в процессе изготовления. Детали могут поте-
рять точность при неправильной эксплуатации (например, появление
забоин, коррозия). Начальная точность станка в целом характеризуется
исходными геометрическими и кинематическими погрешностями.
Жесткость является способностью системы сопротивляться упругому
деформированию (изменению размеров) под действием нагрузки. Станок
является системой, состоящей из узлов, а.узел системой, состоящей из
деталей. Детали могут изгибаться, скручиваться, сжиматься. Однако
9 ,

больше всего снижают жесткость контактные деформации, возникающие
в стыках, т. е. в поверхностных слоях соприкасающихся деталей. Жесткость
зависит от размеров деталей, их формы, расположения опор и т. д. Для
характеристики жесткости / (Н/мкм) недостаточно знать упругое пере-
мещение 5, надо еще учесть силу Р, вызвавшую такое перемещение: j —
= Р/Ь.
Виброустойчивость — свойство станка противодействовать возникно-
вению или усилению колебаний (вибраций). Колебания могут переда-
ваться на станок извне, например от машин ударного действия (прессов).
В станке источниками колебаний могут быть процесс резания, неуравно-
вешенность быстровращающихся деталей, тихоходные соединения со
скольжением и т. д.
Прочность — способность деталей сопротивляться их разрушению
(поломкам), а также возникновению остаточных деформаций под дейст-
вием сил. Прочность в значительной мере зависит от материала детали и
термообработки, от характера нагрузки (постоянная или циклическая).
Износостойкость — способность деталей противостоять изнашиванию,
т. е. истиранию, разрушению поверхностей в подвижном соединении дета-
лей вследствие трения. Соединения с качением гораздо более износо-
стойки, чем соединения со скольжением. Изнашивание в последних в
большой степени зависит от смазочного материала и распределения нагруз-
ки (от давления).
Теплостойкость - свойство станка сохранять работоспособность
при тепловом воздействии. Источниками теплоты вне станка могут быть
прямые солнечные лучи, близко расположенные батареи отопления.
Зимой через ворота цеха иногда могут поступать массы холодного воз-
духа. В станке теплота образуется в процессе резания в работающих
электрических и гидравлических устройствах (двигателях, трансформа-
торах, насосных установках), подвижных соединениях, особенно со
скольжением, и т. д.
Тепловое воздействие вызывает изменение температуры, которое
сопровождается изменением размеров деталей, т. е. температурными
деформациями. Особенно вреден неравномерный нагрев, ,который при-
водит к изменению формы деталей, взаимного расположения инструмента
и заготовки. Сказывается также неодинаковое изменение размеров дета-
лей станка, сделанных из разных материалов. При нагреве понижается
несущая способность слоя смазочного материала в подвижном соединении.
Принципиальная разница между технико-экономическими показа-
телями и критериями работоспособности состоит в том, чго первые отра-
жают исходные требования потребителя, а правильный выбор вторых
конструктором обеспечивает выполнение исходных требований. В итоге
потребителя не интересует жесткость станка сама по себе/ ему важна
точность и производительность, которые зависят от жесткости. Поэтому
данные о жесткости лишь косвенно могут характеризовать качество
конструкции.	f
10

§3	. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
Множество деталей, из которых состоит станбк, образуют неподвиж-
ные и подвижные звенья. Эти звенья объединены в кинематические пары,
кинематические цепи, механизмы, узлы. Назовем рабочими исполнитель-
ными звеньями (рабочими органами) звенья станка, несущие на себе
инструмент и обрабатываемую заготовку: вращающиеся шпиндели и план-
шайбы, прямолинейно перемещающиеся суппорты и ползуны, поворотные
или движущиеся прямолинейно столы и т. п.
Движения в станке и их назначение. Рабочие исполнительные.звенья
(иногда только одно из них) совершают определенные рабочие движения,
необходимые для получения на изготовляемой детали определенной по-
верхности. Главное движение со скоростью v обеспечивает срезание струж-
ки с заготовки (рис. 1). Среди рабочих движений главное имеет наиболь-
шую скорость, которая определяется особенностями резания.
В большинстве случаев требуется еще сравнительно медленное движе-
ние подачи, постепенно (рис. 1, а) или периодически (рис. 1, б) смещаю-
щее зону обработки (подача 5) и необходимое для распространения
резания на всю получаемую поверхность. Может быть несколько незави-
симых движений подачи, например в шлифовальных станках.
За счет рабочих движений — главного и подачи — совершается основ-
ная работа, причем большая часть мощности станка расходуется на глав-
ное движение. За счет этих же движений получается форма обработанной
поверхности, поэтому их называют также формообразующими дви-
жениями.
В процессе обработки требуются и другие движения: углубления и деления,
которые вместе с рабочими движениями назовем основными движениями. Движе-
ния углубления и деления нельзя смешивать с движениями подачи.
От движения углубления t (см. рис. 1, б) зависят глубина резания (глубина
рабочего хода), а значит и размеры срезаемого слоя, а также размеры изделия (т).
Движение углубления не влияет на форму получаемой поверхности, а движение
подачи - на размеры, определяющие расположение обработанной поверхности [26].
Движение деления служит для перехода от образования одной поверхности
детали к образованию другой аналогичной Поверхности той же детали, располо-
женной определенным образом относительно предыдущей, например для перехода
от одного зуба обрабатываемого колеса к другому зубу.
Движения углубления и деления могут быть непрерывными и прерывистыми.
Если эти движения прерывисты и происходят периодически, то важен путь, пройден-
ный между остановками. Для периодического движения подачи точность позицио-
нирования не имеет значения.
Рис. 1. Рабочие движения:
а — при продольном точении;
б - при строгании

Кроме основных движений, поддерживающих настроенный процесс
резания и позволяющих продлить его или повторить при изготовлении
детали, в станке совершаются разнообразные вспомогательные движения:
установочные перемещения узлов при наладке или в цикле обработки
(отвод - подвод), переключение скорости и других параметров движе-
ния, «смена заготовки или инструмента на станке, транспортирование в
автоматической линии, удаление стружки и т. д.
Один и тот же механизм станка может использоваться для разных
целей. Так, механизм продольного перемещения суппорта с резцом в
токарном станке при продольном точении (см. рис. 1, а) служит для
подачи, при обработке торца заготовки - для углубления, при прорез-
ке нескольких одинаковых канавок - для деления, а при отрезке -
для установочного перемещения.
Сложное формообразующее движение и его траектория. Форма обра-
ботанной поверхности зависит от формы режущего инструмента и сочета-
ния траекторий рабочих движений. Каждое из этих движений может
быть простым (вращательным или прямолинейным) и независимо от
других движений образовывать линию, принадлежащую обработанной
поверхности (окружность или прямую). Простое формообразующее
движение самостоятельно, т. е. изменение его скорости при других неиз-
менных движениях не изменяет формы обработанной поверхности.
При обработке зубчатых, резьбовых и некоторых других изделий
требуются сложные формообразующие движения, состоящие из несамо-
стоятельных, неразрывно связанных друг с другом элементарных дви-
жений [27, 50]. Изменение скорости лишь одного элементарного движе-
ния изменяет форму обработанной поверхности, поэтому все элементар-
ные движения, составляющие сложное формообразующее движение,
должны совершаться согласованно. Элементарным может быть как глав-
ное движение, так и движение подачи.
Траектория сложного формообразующего движения совпадает с
одной из линий, принадлежащих обработанной поверхности. Элементар-
ные движения (вращательные или прямолинейные) в определенных со-
четаниях создают множество сложных движений с разнообразными траек-
ториями. Траектория сложного формообразующего движения инструмен-
Рис. 2. Траектория сложных формообразующих движений при различном расположе-
нии траекторий элементарных движений:
а - винтовая линия; б - архимедова спираль; в - эвольвента
12

та относительно заготовки зависит от числа ;составляющих7вида и распо-
ложения в пространстве, скорости, направления элементарных движений.
Так, если сложное движение состоит из одного вращательного и одного
прямолинейного элементарных движений, то при расположении их соглас-
но рис. 2, а получается траектория в форме винтовой линии, при располо-
жении согласно рис. 2, б (траектория прямолинейного элементарного
движения вершины резца проходит через ось вращения) образуется
архимедова спираль, при расположении согласно рис. 2, в создается эволь-
вента. Изменение скорости только одного из элементарных движений по
рис. 2, а ведет к изменению шага винтовой линии, изменение направле-
ния — к превращению правой винтовой линии в левую.
В табл. 2. представлены сочетания рабочих движений для станков наиболее
распространенных типов. Для каждого типа, показано, чему сообщаются главное
движение резания и движения подачи - заготовке или инструменту, а также указан
вид этого движения; поступательное или вращательное, самостоятельное или входит
в состав сложного формообразующего движения.
Между винтовым движением при нарезании резьбы и винтовым движением
резца относительно заготовки при обтачивании цилиндра есть принципиальная разни-
2. Сочетание рабочих движений в станках
Станки	Главное движение				Движение подачи			
	Заготовка		Инструмент		Заготовка Инструмент			
	В	П	В	П	В	П	В	П
Токарные (не винторезные)	+ Резьбонарезные	(+)						(+)
Сверлильные Круглошлифовальные	+		+	+		+
Внутришлифовальные Плоскошлифовальные	+		+	+		+
с прямоугольным столом Плоскошлифовальные с круглым стодом Зубодолбежные	+	+	(+)		(+)	
(для прямозубых колес) Зубофрезерные (для	(+)		(+)*			(+)
косозубых цилиндрических колес)			(+)**			
Зубошлифовальные с коническим кругом	+		(+)	(+)		+
Зубошлифовальные с профильным кругом Резьбошлифовальные фрезерные Поперечно-строгальные Продольно-строгальные Протяжные	+	+	(+)	(+)		+
Условные обозначения;]} - вращательное движение; П - поступа-
тельное движение; + - простое (самостоятельное) движение; (+) - элементарное
движение, входящее в состав сложного формообразующего движения; * - движение
подачи, согласованное с главным движением; ** - доворот, согласованный с посту-
пательным движением подачи.
13

ца Первое движение - сл^ноё-фб^^дЬ’б^^зувЗЩЬе.От связи поступательного движе-
ния с вращательным зависит, получится ли винтовая (с определенным шагом)
форма обработанной поверхности. Ни одно из составляющих (элементарных; дви-
жений не может происходить в отдельности.
Винтовое движение при обтачивании цилиндра - результирующее, но не формо-
образующее, так как винтовая форма микронеровностей не является целью обра-
ботки, шаг винтового следа резца влияет не на форму поверхности, а на шерохо-
ватость, винтовую канавку теоретически можно заменить рядом кольцевых канавок
с тем же шагом, можно включить вращательное движение, не включая поступатель-
ного движения. В этом случае имеют место два простых формообразующих дви-
жения [27].
Единицы измерения скорости рабочих движений. Скорость главного
движения резания v измеряется в м/мин для лезвийного инструмента
и в м/с — для абразивного инструмента. Скорость движения подачи vs из-
меряется в мм/мин. Чтобы охарактеризовать движение подачи, часто
связывают его с главным движением. В этом случае характеристику
называют, подачей и измеряют в мм/оборот (мм/двойной ход). Частота
вращения рабочего исполнительного звена, соответствующая определен-
ной скорости резания, выражается в мин-1. Если формообразующее дви-
жение — сложное, то задается скорость одного из составляющих элемен-
тарных движений, например для винтового движения задается скорость
элементарного вращательного движения.
Составные части станка. Станок состоит из узлов, каждый из которых
является его завершенной частью и выполняет определенные функции.
Чаще всего узел состоит из коробчатого корпуса и размещенных в нем
механизмов. Для осуществления одних движений достаточно по одному
компактному механизму, для осуществления других — необходим ряд
узлов, связывающих рабочий орган с источником движения и меняющих
параметры движения (скорость, направление и др.).
Совокупность устройств, которая приводит в движение исполнитель-
ное звено, называют приводом. Привод включает в себя и источник движе-
ния и все промежуточные подвижные звенья, передающие и преобразую-
щие движение. Название привода показывает, к какому исполнительному
звену (узлу) или к какому движению он относится: привод шлифоваль-
ного круга (шлифовального шпинделя), он же — привод главного дви-
жения. Привод бывает механическим (например, от маховика), гидрав-
лическим (например, в виде гидро цилиндра), электромеханическим
(например, сочетание электродвигателя с зубчатыми передачами) и т. д.
§4	. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
И ИХ НАСТРОЙКА
Движения в станках осуществляются чаще всего с помощью механичес-
ких кинематических связей, состоящих из зубчатых, ременных и других
передач и соединений, а иногда и с помощью немеханических кинемати-
ческих связей (электрических, гидравлических, пневматических).
Совокупность связей изображают на кинематической, электрической
или другой схеме. Иногда схема может быть комбинированной — гидро-
кинематической. Элементы связей изображают на схемах в виде услов-
ных обозначений (табл. 3).
14

3. Основны^уедовщ>1еобозначенщ1
элементов кинематических схем
Элементы	Обозначение
Вал, ось, стержень, шатун и т' п.	
Шарнирное соединение стержней	
Подшипники скольжения и качения		
на валу (без уточнения типа):			
радиальные	II
упорные	II
Подшипники скольжения:	। 1
радиальные	Г“"1
радиально-упорные:	
односторонние	1I I
двусторонние	I Г""""!
Подшипники качения:	
	О*
радиальные	о
радиально-упорные:		oj
односторонние	PJ
	Гр-1
двусторонние	lSj
упорные:	О 1
	О 1
односторонние	
	1 О 1
двусторонние	1 О |
Соединение детали с валом:	
свободное при вращении	
подвижное вдоль оси	
неподвижное	—j X t—
Муфта, общее обозначение без уточнения типа	——1 pi 
Муфта нерасцепляемая (неуправляемая):	
глухая	—р
упругая	—
компенсирующая
15

Продолжение табл. 3
Элементы
Обозначение
Муфта сцепляемая (управляемая) :
общее обозначение
односторонняя
двусторонняя
Муфта сцепляемая механическая:
синхронная, например зубчатая
асинхронная, например фрикционная
Муфта автоматическая (самодействующая) :
общее обозначение
обгонная (свободного хода)
предохранительная:
с разрушаемым элементом
с неразрушаемым элементом
Тормоз. Общее обозначение без уточнения типа
Храповые зубчатые механизмы с наружным
зацеплением двусторонние
Передача ремнем без уточнения типа ремня
Передача зубчатым ремнем
Передача клиновидным ремнем
16


Продолжение табл. 3
Элементы .
Обозначение
Передачи зубчатые цилиндрические:
внешнее зацейление (общее обозначение
без уточнения типа зубьев)
внутреннее зацепление
Передачи зубчатые конические. Общее
обозначение без уточнения типа зубьев
Передачи зубчатые червячные с
цилиндрическим червяком
Передачи зубчатые реечные. Общее
обозначение без уточнения типа зубьев
Передачи зубчатые винтовые
Гайка на винте, передающем движение:
неразъемная
неразъемная с шариками
Электродвигатель. Общее обозначение
без уточнения типа
Насос постоянной подачи с постоянным
направлением потока
Гидроцилиндр. Общее обозначение
Гидромотор
17

На кинематической схеме показывают совокупность преимуществен-
но подвижных элементов, предназначенных для выполнения заданных
движений. Кинематическую схему обычно вписывают в контуры изобра-
жения станка без соблюдения масштаба, но примерно выдерживают отно-
сительное расположение частей станка (см. рис. 70).
Каждая передача характеризуется определенными параметрами, кото-
рые позволяют найти перемещение ведомого звена, соответствующее
определенному перемещению ведущего звена. Для всех передач, у кото-
рых ведущее и ведомое звенья вращаются, таким параметром является
передаточное отношение. Передаточное отношение i равно отношению
угловой скорости C0i ведущего звена к угловой скорости со2 ведомого
звена: i = coi /со2 . При рассмотрении станков удобнее пользоваться обрат-
ной величиной i = l/i = сс2/со1, которую назовем передаточной величи-
ной. Угловые скорости прямо пропорциональны частотам вращения п и
обратно пропорциональны числам зубьев z или диаметрам (1 колес переда-
чи. Поэтому для цилиндрических и конических зубчатых передач (см.
рис. 3 и 4, а, б)
., _ п2 z ,  d х
“2 ,	^2
где индекс 1 относится к ведущему звену, а 2 — к ведомому. Если
^2 < «1 , т. е. если i' <1, то передача называется понижающей, если наобо-
рот, то повышающей (ускорительной).
Прямозубые и косозубые цилиндрические колеса передают'вращение
между параллельными валами. Прямозубые колеса (рис. 3. а) наиболее
просты в изготовлении, допускают осевое передвижение одного из сопря-
женных колес. Косозубые колеса (рис. 3, б) сложнее, они создают осевые
нагрузки на опоры валов, но работают более плавно. Винтовая (рис. 4, а)
и червячная передачи (рис. 4, в) связывают скрещивающиеся валы, а
коническая передача (рис. 4, б) — валы с пересекающимися осями.
В цилиндрической передаче внешнего зацепления сопряженные колеса
вращаются в противоположном направлении (рис. 5, а}. Если два колеса
Zj и z2 зацепляются с общим промежуточным (паразитным) колесом
zn (рис. 5, б), то направления вращения крайних колес совпадают, а пере-
даточная величина /j_2, характеризующая соотношение их частот вра-
щения, не зависит от числа зубьев zn:
_±L_ Zn _ zi
Z1 -2 ~	~
Z n z 2 z2
Поэтому паразитное колесо используют для реверсирования или для
связи удаленных валов.
У червячной передачи (см. рис. 4, в) i' не зависит от диаметра червя-
ка, а под z ! червяка понимают число его заходов. В станках червяк всегда
является ведущим звеном. При однозаходном червяке за одун его обо-
рот колесо поворачивается на один зуб, т. е. происходит большая редук-
ция (понижение) частоты вращения. Червячная передача связывает валы,
перекрещивающиеся под прямым углом, и отличается большой плав-
ностью вращения.
18

Рис. 3. Зубчатые цилиндрические передачи с параллельными осями:
а - прямозубая; б - косозубая; в - с внутренним зацеплением
Рис. 4. Зубчатые передачи с непараллельными осями:
а — винтовая; б - коническая; в червячная
Q)
Рис. 5. Направления вращения
колес
У ременной передачи (рис. 6, а, б) возможно проскальзывание, кото-
рое иногда учитывают поправочным коэффициентом р — 0,98...0,99:
Ввиду того, что р = 1, его обычно не учитывают.
Передачи с зубчатым ремнем (рис. 6, в) и цепные передачи (рис. 6. г)
не имеют проскальзывания, поэтому для них передаточная величина > '
равна отношению чисел зубьев на шкивах (звездочках).
1Q .

Рис. 6. Ременные передачи с плоским (а), клиновым (б) и зубчатым (в) ремнями
и цепная передача (г)
В общем случае, зная i', можно найти п2, соответствующее пх:
zi	di
П2 — Пг1 = пг ----- = пх —— .
Z2	d2
Реечная передача t (рис. 7, а) позволяет преобразовать вращательное
движение в прямолинейное (иногда и наоборот). За один оборот рееч-
ного зубчатого колеса z рейка с шагом (мм) р = л т перемещается на
расстояние, равное длине (мм) делительной окружности яж (т — мо-
дуль в мм). Если рейка неподвижна, то при вращении колеса оно будет
катиться по рейке, соотношение перемещений при этом то же.
Передача винт-г ай к а (рис. 7, б) в станках используется, как правило,
для преобразования вращательного движения в прямолинейное (рис. 8, в).
За один оборот винта (иногда гайки) происходит перемещение на длину,
равную шагу резьбы Р (или ходу резьбы, если она многозаходная).
Сечение червяка плоскостью, проходящей через его ось, имеет форму рейки.
В зоне зацепления эта рейка передвигается вдоль оси вследствие вращения червяка.
Но если невращающийся червяк перемещать вдоль его оси, червячная передача рабо-
тает как реечная. Если при неподвижном червячном колесе поворачивать червяк, то
он должен перемещаться вдоль своей оси. При этом зуб колеса играет роль части
витка гайки, а червяк подобен винту и ввинчивается в зубья колеса.
Все передачи объединены в кинематические цепи, которые соединяют
источники движения с исполнительными звеньями станка или последние
между собой.
Общая передаточная величина кинематической цепи равна произве-
дению передаточных величин отдельных передач, составляющих эту цепь:
. t ___. г . t . t  t
^общ	***1щ •
	f Рис. 7. Реечная передача (а) и передача винт-гайка (б)
20

Рис. 8. Простые кинематические цепи:
а — главного движения; б - движения подачи; в — движения углубления
Для цепи по рис. 8, а без учета проскальзывания ремня
' z' d<
'общ '1'2	-
Начальное и конечное звенья, кинематической цепи совершают за
некоторый период времени, например за 1 мин, определенные перемеще-
ния. Уравнение, связывающее перемещения начального и конечного
звеньев кинематической цепи, называют уравнением кинематического
баланса этой цепи.
В общем виде уравнение кинематического баланса для цепи, связы-
вающей вращающиеся звенья, имеет вид
^н^общ ~	~ ^и^общ ’	(z7J
где ин и пк — частоты вращения соответственно начального и конечного
звеньев, мин” 1.
Если известно перемещение начального звена цепи, то уравнение кине-
матического баланса позволяет найти перемещение ее конечного звена.
Например, в цепи по рис. 8, а начальным звеном является электродвига-
тель М, а конечным - шпиндель Ш\ пэ и лш - их частоты вращения, мин" 1.
Уравнение кинематического баланса для этой цепи
z (1	1
•	"3-77“-=^-	. у.г)
Уравнение кинематического баланса для цепи, обеспечивающей прямо-
линейное перемещение конечного звена,
«н'общЯ = ,,5 илиу5=инг0'бщ//,
где Н — ход тягового устройства, преобразующего вращательное движе-
ние в прямолинейное, мм (т. е. прямолинейное перемещение за один обо-
рот вала тягового устройства; для передачи винт-гайка Н = Р\ для
реечной передачи Н = irmz); vs — скорость прямолинейного движения
подачи, мм/мин.
21

Действительно, выражение пн представляет собой число оборо-
тов вала тягового устройства (винта или реечного колеса) за то время,
когда начальное звено совершит ин оборотов, например за 1 мин. Умноже-
ние на ход Н дает тогда перемещение за 1 мин, т. е. скорость подачи .
Для цепи по рис. 8, б уравнение кинематического баланса
пэ~~ ----------прод,
Z2 Z4
где ^прод “ скорость продольной подачи, мм/мин.
В цепи по рис. 8, в начальным звеном является электродвигатель,
а конечным — салазки, связанные с гайкой. Если эта цепь используется
для создания движения поперечной подачи со скоростью v$non (мм/мин), то
Z. Z3
П —------------р — Ро
J 7	НО 11
L 2 z 4
Все кинематические цепи по рис. 8 являются приводами простых
движений (главного движения или движения подачи). Траектории таких
движений определяются подшипниками шпинделя или направляющими
салазок и не зависят от передаточного отношения кинематических цепей.
Траектория сложного формообразующего движения инструмента
относительно заготовки зависит от кинематической связи между рабо-
чими исполнительными звеньями. Цепь, связывающую такие согласован-
но движущиеся звенья, назовем цепью согласования. На рис. 9 цепь согла-
сования содержит передачи z4/z3, a2/b2, винт—гайку и связывает вра-
щающийся шпиндель Ш с прямолинейно перемещающимся суппортом С.
Эта цепь обеспечивает образование винтовой линии и поэтому называет-
ся винторезной цепью.
Цепь, которая связывает источник движения с рабочим исполнитель-
ным органом, определяющим скорость резания, называют цепью главного
движения. В данной схеме эта цепь связывает электродвигатель со шпин-
делем и состоит из передач dx/d2, аг/bх, zx/z2, z3/z^.
Если все передачи в кинематической цепи постоянны, то и движение
рабочих исполнительных звеньев неизменно. Для изменения параметров
движения (скорости, траектории) в кинематическую цепь вводят орган
настройки в виде гитары сменных зубчатых колес (ах — Ъ1у а2 ~Ь2),
коробки скоростей или коробки подач. Это позволяет менять передаточ-
ную величину цепи:
Расчет настройки состоит в определении параметров органов настрой-
ки, например для гитары сменных колес — в определении ее передаточной
величины и подборе чисел зубьев колес.
В общем случае исходят из расчетных перемещений, под которыми
понимают соответствующие друг другу перемещения конечных звеньев
цепи согласования или начального и конечного звеньев другой цепи.
Расчетные перемещения зависят от назначения цепи.
Далее составляют уравнение кинематического баланса и решают его
относительно передаточной величины органа настройки. Полученную
зависимость называют формулой настройки цепи.
В рассматриваемом примере (см. рис.. 9) для получения на заготов-
22

Рис. 9. Кинематическая
схема для создания слож-
ного формообразующего
движения
ке резьбы заданного шага надо настроить гитару винторезной цепи я2//>2.
Так как за один оборот заготовки резец должен переместиться продольно
на шаг Рд нарезаемой резьбы, то расчетные перемещения винторезной
цепи 1 об. шпинделя -> Рд мм перемещения суппорта (читается: одному
обороту шпинделя соответствует Рд мм продольного перемещения суп-
порта) .
Уравнение кинематического баланса цепи связывает ее расчетные
перемещения:
i— -^£-Р = Рд.
z3 6, д
Так как передаточная величина винторезной гитары ip = a2lb2, то,
подставив известные из рис. 9 Значения z3, z4, Р, получим
90	.
1 ~зо~ 1Р6-ра-
Отсюда находим формулу настройки винторезной гитары:
, °
18
Настройка на траекторию должна производиться с высокой точностью:
погрешность передаточной величины не должна превышать нескольких
стотысячных. Способы подбора сменных колес для реализации вычислен-
ной передаточной величины описаны в § 10.
Чтобы получить необходимую скорость главного движения резания,
надо установить определенную частоту вращения шпинделя. В этих целях
настраивают гитару скорости резания а\/Ьх. Орган настройкийаскорость
располагают всегда вне кинематической цепи согласования. Расчетные пере-
мещения в этом случае: пэ мин”1 электродвигателя -* пэ мин”1 шпинделя.
Уравнение кинематического баланса:
100 -г 40	30
1 лап------ / •--------
250	v 80	90
мш •
Формула настройки гитары скорости резания:
_____ а 1 '
lv - ~ь7 ~ ~96~'
23

На скорость движения станок настраивают менее точно, чем на траек-
торию: передаточную величину вычисляют с погрешностью до 0,1.
Может потребоваться настройка станка и по другим параметрам
движения. Изменяют направление движения, например, введением проме-
жуточного колеса в гитару г/ или специальным реверсирующим механиз-
мом, не показанным на схеме. Настройку на путь и на исходное положение
исполнительного звена чаще всего производят вне кинематических цепей,
например с помощью регулируемых упоров (размеры L и К) .
К кинематическим цепям предъявляют различные требования: цепь
главного движения должна быть наиболее нагружена, ее детали должны
быть достаточно прочными; вся цепь согласования независимо от нагру-
женности ее участков должна быть достаточно точной, т. е. обеспечивать
заданную передаточную величину.
§5. ИСТОЧНИКИ ДВИЖЕНИЯ
Виды и параметры источников движения. Источники движения разли-
чают прежде всего по виду потребляемой энергии, которую они преобра-
зуют в механическую энергию. Наиболее распространены электрические
и гидравлические, несколько менее — пневматические двигатели. Они
также различаются видом создаваемого движения: вращательного или
прямолинейного.
В станках применяют разнообразные электродвигатели, создающие
вращение, — асинхронные (одно- и многоскоростные), постоянного тока,
шаговые; гидромоторы для вращения, гидро- и пневмоцилиндры для
Ёозвратно-поступательного движения, электромагниты — толкающие или
тянущие, а также источники, использующие расширение материалов при
нагреве, при намагничивании (магнитострикционный эффект). И нагрев
и намагничивание возникают при питании устройств электротоком.
Многие механизмы станка имеют ручной привод, который допустим,
когда ограничены силы, частота и длительность пользования, когда допус-
тима неравномерность движения.
Источники движения характеризуются силовыми и скоростными
параметрами. Для двигателя, создающего вращение, указывают обычно
мощность N в кВт и частоту вращения п в мин“1, иногда крутящий мо-
мент Мкр в Н *м. Основные параметры цилиндра — его диаметр (площадь
поршня) и давление, которые определяют тяговую силу, а также ход.
Электромагниты характеризуются тяговой силой и ходом якоря.
У некоторых источников движения можно изменять скорость. Много-
скоростные электродвигатели позволяют получить две (реже три-четыре)
скорости путем изменения числа пар полюсов. У электродвигателей
постоянного тока, шаговых электродвигателей и гидро двигателей можно
бесступенчато изменять частоту вращения ротора, т. е. можно устанавли-
вать любое (в некоторых пределах) значение частоты вращения и изме-
нять его не скачком, а непрерывно. При необходимости электро- и гидро-
двигатели можно реверсировать, т. е. изменять направление их движения
на противоположное, и тормозить. Все это обеспечивается их системами
управления.
24

Особенности и области применения электрических источников движе-
ния. Наибольшее распространение в станках получили электрические
источники движения, которые в сочетании с электрическими, а в послед-
нее время с электронными системами управления позволяют обеспечить
автоматизацию отдельных станков и создать из них автоматические ста-
ночные системы.
Шире всего применяют односкоростные асинхронные электродвига-
тели, так как они очень надежны и дешевы. В них используется перемен-
ный ток, который преобладает в электрических сетях благодаря легкой
трансформации его напряжения. Кроме того, асинхронные двигатели
имеют ’’жесткую” характеристику, т. е. отличаются незначительным
изменением частоты вращения ротора при разных нагрузках.
Многоскоростные электродвигатели более громоздки и стоимость
их выше. Применение их оправдано в тех случаях, когда с их помощью
достигается достаточное упрощение механической части привода и улуч-
шаются его эксплуатационные характеристики. В приводах главного дви-
жения и подачи, где важно изменять скорость, расширяется использова-
ние двигателей постоянного тока. Наиболее совершенными из них являют-
ся высокомоментные двигатели, а также частотно-регулируемые приводы
переменного тока, обеспечивающие изменение частоты вращения в широ-
ких пределах, получение устойчивой малой угловой скорости без дополни-
тельного редуктора. Высокомоментные двигатели отличаются небольши-
ми габаритами и малым нагревом.
В качестве источника движения позиционирования удобен шаговый
электродвигатель. Его ротор поворачивается на определенный угол при
поступлении одного импульса энергии. Система управления отсчитывает
требуемое число импульсов, а значит, и шагов, которые малы (напри-
мер, 1,5°), но следуют очень часто (например, 2000 Гц — 2000 импульсов
в 1 с), создавая практически почти непрерывное движение.
Применяют обычно шаговые электродвигатели, силовые характерис-
тики которых ограничены, в качестве приводов подач и углубления, а так-
же источников вспомогательных движений в станках с ЧПУ. Для увели-
чения крутящего момента после шагового двигателя устанавливают
гидроусилитель. Силовые шаговые электродвигатели обеспечивают доста-
точный крутящий момент без усилителей.
Электромагниты служат для одностороннего перемещения некоторых
механических звеньев, например фиксаторов в механизмах деления.
В исходное положение эти звенья возвращаются пружинами. Электро-
магниты срабатывают резко, с ударом.
Устройства с нагревательными и магнитострикционными элементами
применяют для микроперемещений (измеряемых в мкм) в приводах
углубления и коррекции.
Особенности и области применения гидравлических и пневматичес-
ких* источников движения. У гидравлического привода следующие основ-
ные достоинства:
возможность создания больших сил при малых габаритах;
широкие пределы бесступенчатого регулирования скорости;
плавность движений, торможения, реверсирования при большом
25

быстродействии;
автоматическое предохранение его от перегрузок;
простота, удобство автоматизации цикла работы.
Гидравлический привод хорошо приспособлен к работе до упора,
поэтому с его помощью и при наличии системы упоров или регулируемого
упора обеспечивают позиционирование подвижных частей.
Недостатками гидропривода являются:
сложность системы питания (насос, фильтры, трубы) ;
утечки рабочей жидкости;
изменение скорости, нарушение равномерности движения при изме-
нении температуры, при попадании воздуха в гидросистему (или необ-
ходимость введения специальных устройств для стабилизации) .
Гидромоторы в станках применяют сравнительно редко, гидроци-
линдры - очень часто, а в некоторых станках — преимущественно (напри-
мер, привод главного движения протяжных станков, привод продоль-
ной подачи шлифовальных станков).
В отличие от гидравлических пневматические устройства не требуют
сбора отработанного воздуха, не осложняют эксплуатацию утечками,
трение в них очень мало, а следовательно, мал и нагрев. По силовым
характеристикам пцевматические цилиндры значительно уступают гидрав-
лическим. Пневмоцилиндры встречаются в приводах вспомогательных
движений, связанных с креплением заготовок, с подводом-отводом
узлов и т. п. Применение пневматических источников движения особен-
но целесообразно, если есть централизованный источник сжатого возду-
ха в цехе для группы станков или на станке, например, для питания под-
вижных соединений (аэростатические опоры и пр.).
Особенности встройки источников движения в станки. Каждое испол-
нительное движение может иметь отдельный источник или источник,
который является общим для нескольких движений.
Электродвигатель может устанавливаться непосредственно на узле,
заключающем исполнительное и промежуточные звенья, например на
шпиндельной бабке (рис. 10, а), но может быть и удален от приводимого
механизма и связан с ним ременной или другой передачей (рис. 10, б).
Электродвигатель крепят с помощью либо лап (см. рис. 10, б), либо
фланцев (рис. 10, а). Движение с выходного вала двигателя может сни-
маться с помощью зубчатого колеса (рис. И), а), шкива (см. рис. 10, б),
муфты (рис. 10, в) и т. д. Применяют электрошпиндели, которые одно-
временно являются роторами электродвигателей (рис. 10, г).
Рис. 10. Варианты расположения и присоединения электродвигателя
26

§6. РЯДЫ ЧАСТОТ ВРАЩЕНИЯ ШПИНДЕЛЕЙ
Качество изготовленной детали и эффективность работы станка за-
висят от принятого режима резания. Желательно устанавливать оптималь-
ный режим: глубину резания t, подачу 5, и скорость главного движения
резания v. Занижение режимов ведет к потере производительности, завы-
шение грозит потерей точности или экономичности невыгодно (быст-
рое затупление инструмента и пр.).
Требуемая скорость главного движения резания на токарном стан-
ке v (м/мин) обеспечивается настройкой частоты вращения шпинделя
п (мин"1). Они связаны следующей зависимостью:
где d — диаметр обрабатываемой заготовки, мм. При заданном d и реко-
мендуемой скорости v по второму выражению находят п.
Регулирование скорости движения может быть бесступенчатым или
ступенчатым. При бесступенчатом регулировании можно установить
любую частоту вращения шпинделя в пределах, обеспечиваемых станком.
Это хорошо для оптимизации режимов обработки, но не всегда возмож-
но (пределы бесступенчатого регулирования иногда очень ограничены) и
не всегда выгодно (бесступенчато регулируемые источники движения
сложнее, дороже, менее надежны, чем нерегулируемые). Сочетание нерегу-
лируемых двигателей с механическими регуляторами — вариаторами
имеет те же недостатки. Поэтому, хотя бесступенчатое регулирование при-
меняется все шире, часто ограничиваются сту пен чатым регулированием.
Оно обеспечивает дискретный (прерывный) ряд значений скорости.
Выражение v =	— d при постоянном (определенном) значе-
нии п является уравнением прямой (рис. И), проходящей через начало
координат (если d = 0, то и v = 0). Ряд частот вращения изображается
графически в виде лучевой диаграммы — пучка лучей. Она связывает
параметры v, d, п и позволяет по двум из них найти третий. Например,
если при d - 100 мм установить п = 355 мин"1, то v — 112 м/мин. Полу-
ченную скорость сравнивают с рекомендуемой в справочниках. Чаще
определяют п исходя из d и v.
Для построения лучевой
диаграммы удобно провести
вспомогательную вертикаль
через точку, где d = 318,3 мм.
При таком диаметре v = п.
Через точки оси ординат, где
и равно и, проводят горизон-
тали. Каждый луч должен
210~
200
180—
112 ЮО
П, = 63 мин
Рис. 11. Лучевая диаграмма
0	100	200	300 d, мм
27

проходить через пересечение вспомогательной вертикали с одной из прове-
денных горизонталей.
При ступенчатом регулировании некоторой паре значений d и v со-
ответствует на диаграмме расчетная точка, которая может не совпадать
ни с одной из имеющихся наклонных прямых. Так, при d = 200 мм и
v = 210 м/мин получается точка А между п$ и п6. Диаграмма отражает
только те частоты вращенид, которые фактически можно установить
на конкретном станке. Поэтому приходится выбирать ближайшую (боль-
шую или меньшую) частоту вращения. Есди же заданная скорость реза-
ния — предельная, то, чтобы ее не превысить, следует спуститься до бли-
жайшей меньшей частоты — точки С. В этом случае происходит потеря
скорости по сравнению с оптимальной, а это связано с потерей произво-
дительности обработки. Потери тем меньше, чем чаще наклонные линии
на диаграмме, но это означает увеличение числа ступеней скорости на
станке, а следовательно, — усложнение станка.
Важна также закономерность, согласно -которой изменяется частота
вращения при переходе с одной ступени на другую В 1876 г. академик
А.В. Гадолин обосновал целесообразность применения в станках геометри-
ческого ряда частот вращения шпинделей. Члены этого ряда составляют
геометрическую прогрессию, соседние члены различаются в раз, где —
знаменатель ряда. Следовательно,
”1 = «min; «2 = «1	; «з = «2= «1 'Р2;
«4 =n31p = »1^3;...;Hz =nz_1^ = «i^z-1 =nmax .
Величину Rn = «max/nmin называют диапазоном регулирования
частот вращения шпинделя. Разделив выражение для итах на nmin = «1,
получим Rn —	~l.
Отрезок AC3 на рис. 11 показывает абсолютную потерю скорости Д г,
равную разности расчетной (оптимальной) v и фактической vc скоростей:
Дг = v — В рассматриваемом интервале частот вращения п5...п6 при
заданном диаметре может произойти максимальная абсолютная потеря
скорости Дртах = P# ~~ 1’с (отрезок В3С3) когда точка А близка к В).
Если ряд - геометрический, то при одной и той же скорости vв для раз-
личных частот вращения Дгтах оказывается величиной постоянной,
т. е. отрезки 1?!С\, В2С2, В3С3 иВ4С4 равны.
Для всех интервалов ряда п максимальная относительная потеря
Дгтах	1	1	,	Дртах
скорости ----------- = 1 — -----. Так как ф = const, то и ------- =
V	V
= const. Постоянство возможной максимальной относительной потери
скорости при любых частотах является основным преимуществом гео-
метрического ряда частот вращения й позволяет обоснованно планиро-
вать работу.
Значения знаменателей рядов и ряды частот вращения стандарти-
зованы ОСТ 2 Н11-1—72 (табл. 4) . Можно продлить любой £яд, приведен-
ный в таблице, путем умножения или деления табличных значений на
1000. Допускается отклонение фактических частот вращения на станке
от табличных чисел на более ± 10 (^ — 1)%.
28

4. Ряды предпочтительных ЧйсеЛ
Значения знаменателя ряда <р
(1,06)	1,12	1,25	(1,4)	1,6	(1,8)	(2)
1,00	1,00	1,00	1,00	1,00	1.00	1,00
1,06						
1,12	1,12					
1,18						
1,25	1,25	1,25				
1,32						
1,40	1,40		1,40			
1,50						
1,60	1,60	1,60		1,60		
1,70						
1,80	1,80				1.80	
1,90						
2,00	2,00	2,00	2,00			2.00
2,12						
2,24	2,24					
2,36						
2,50	2,50	2,50		2,50		
2,65						
2,80	2,80		2,80			
3,00						
3,15	3,15	3,15			3.15	
3,35						
3,55	3,55					
3,75						
4,00	4,00	4,00	4,00	4.00		4.00
4,25						
4,50	4,50					
4,75						
5,00	5,00	5,00				
5,30						
5,60	5,60		5,60		5.60	
6,00						
6,30	6,30	6,30		6.30		
6,70						
7,10	7,10					
7,50						
8,00	8,00	8,00	8,00			8,00
8,50						
9,00	9,00					
9,50						
10,0	10,0	10,0		10,0	10,0	
10,6						
И,2	И,2		11,2			
И,8						
12,5	12,5	12,5				
13,2						
14,0	14,0					
15,0						
16,0	16,0	16,0	16,0	16,0			16,0
17,0						
18,0	18,0				18,0	
19.0						
29

Значения знаменателя ряда
(1,06)	1Д2	1,25	(1,4)	1,6	(1,8)	(2)
20,0	20,0	20,0				
21,2						
22,4	22,4		22,4			
23,6						
25,0	25,0	25,0		25,0		
26,5						
28,0	28,0					
30,0						
31,5	31,5	31,5	31,5		31,5	31,5
33,5						
35,5	35 Л					
37,5						
40,0	40,0	40,0		40,0		
42,5						
45,0	45,0		45,0			
47,5						
50,0	50,0	50,0				
53,0						
56,0	56,0				56,0	
60,0						
63,0	63,0	63,0	63,0	63,0		63,0
67,0						
71,0	71,0					
75,0						
80,0	80,0	80,0				
85,0						
90,0	90,0		90,0			
95,0						
100	100	100		100	100	
106						
112	112					
118						
125	125	125	125			125
132						
140	140					
150						
160	160	160		160		
170						
180	180		180		180	
190						
200	200	200				
212						
224	224					
236						
250	250	250	250	250		• 250
265						
280	280					
300						
315	315	315			315	f
335						
,И5	355		355			
3 75						

Значения знаменателя ряда
(1,06)	1,12	1,25	(1,4)	1,6	(1,8)	(2)
400	400	400	400 425 450	450 475 500	500	500	500	500 530 560	560	560 600 630	630	630	630 670 710	710	710 750 800	800	800 850 900	900 950 1000	1000	1000	1000	1000	1000	1000						
Заметим, что при <р = 1 регулирование бесступенчатое. При^тах = 2
получается (Д ^/г)тах = 1 - 1/<р = 1 - 1/2 = 0,5, или 50 %. Из-за чрез-
мерно больших возможных потерь производительности не применяют
> 2. Для станков чаще всего выбирают <р = 1,25; 1,4; 1,6.
Все сказанное о рядах частот вращения шпинделей относится также
к рядам скоростей подач и рядам чисел двойных ходов в 1 мин.
§7. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Работа подвижных соединений сопровождается трением. От вида
трения зависит качество работы в станке важнейших кинематических
пар. Вращательную пару образуют шпиндель с опорой (рис. 12, а, г)
поступательную пару образуют сопрягающиеся поверхности суппорта
и станины — направляющие (рис. 12, б, д), винтовую пару образуют
ходовой винт с гайкой (рис. 12, в, в).
Соединение звеньев во всех названных парах может быть двух ти-
пов: со скольжением (рис. 12, а, б, в) или с качением (рис. 12, г, д, е).
Если соединение со скольжением, то контакт в нем происходит по сопря-
Рис. 12. Подвижные соединения со скольжением (а, б, в) и с качением (г, д, е) :
а, г — шпиндель с опорой; б, д — направляющие; в, е — ходовой винт—гайка
31

женным поверхностям — цилиндрическим, плоским или винтовым. Эти
поверхности могут быть разделены слоем смазочного материала. Если
соединение с качением, то поверхности звеньев разделены телами каче-
ния — шариками или роликами.
Свойства подвижных соединений со скольжением в большой степе-
ни зависят от наличия и особенностей смазочного материала, вида смазки
(действия смазочного материала). Различают граничную и жидкостную
смазки, их сочетание — полужидкостную смазку и другие виды смазки.
Без специальных конструктивных мер в соединениях со скольжением
создаются плохие условия для смазки. Полужидкостная смазка хуже
чем жидкостная, так как при ней больше трение. Это приводит к увели-
чению сил, которые приходится преодолевать в процессе движения, к по-
вышенному изнашиванию и выделению теплоты, а следовательно, к сни-
жению КПД привода. Силы трения непостоянны, при малых скоростях
возникают особые колебания (так называемые фрикционные автоколе-
бания) подвижного звена, что ведет к неравномерности движения. Точ-
ность положения подвижных звеньев может нарушаться из-за зазоров,
неизбежных в соединении со скольжением.
Достоинства соединений со скольжением следующие: хорошая кон-
тактная жесткость (способность сопряженных поверхностей сопротив-
ляться деформированию); повышенные демпфирующие свойства (спо-
собность гасить колебания от различных источников); технологичность
и свойство усреднять погрешности изготовления сопряженных поверхнос-
тей; удобство фиксации подвижного узла после перемещения по направ-
ляющим путем сжатия сопряженных поверхностей, способность передачи
винт -гайка самотормозиться.
Соединения со скольжением в условиях полужидкостпой смазки
широко применяют в станках для установочных перемещений узлов,
при невысоких требованиях к точности, а также в прецизионных стан-
ках при малых нагрузках.
Соединения с качением обладают свойствами, противоположными
свойствам соединений со скольжением. Трение качения значительно
меньше, а следовательно, малы преодолеваемые силы, износ, тепловыде-
ления (за исключением высокоскоростных подшипников), движения
значительно равномернее (особенно при точном изготовлении), вместо
зазоров в соединениях может быть натяг.
Система смазывания проста, но из-за повышенной чувствительности
к загрязнению требуется тщательная защита соединений с качением.
Соединения с шариками из-за точечного контакта не допускают
больших нагрузок, отличаются пониженной долговечностью. В соеди-
нениях с роликами — линейный контакт, что позволяет получить нагру-
зочную способность даже более высокую, чем при скольжении, но при
этом значительно усложняется и удорожается изготовление сопряженных
деталей (например, требуется обеспечить параллельность сопряженных
поверхностей). Соединения с качением не только не гасят вибраций,
но даже сами могут быть их источниками (особенно быстроходные под-
шипники) . Они лишены также других указанных достоинств соединений
со скольжением.
32

В соединениях со скольжением при движении обязательно должны
быть зазоры (можно лишь свести их к минимуму). В соединениях с
качением зазоры между телами качения и дорожками могут быть пол-
ностью устранены. Для повышения жесткости, точности обычно создают
предварительный натяг (называемый так в отличие от натяга, который
может быть между кольцом и валом).
Существуют общие способы получения предварительного натяга.
1. Сжимают тела качения между дорожками качения силами, создавае-
мыми резьбовыми дателями (гайкой, винтами) или пружиной. Натяг
задают значением силы.
При этом, например, в упорном шарикоподшипнике (рис. 13, а)
направление силы Л, создающей предварительный натяг, совпадает с
направлением силы реакции R. Подобным образом создается предвари-
тельный натяг также в некоторых видах направляющих.
В радиальном шарикоподшипнике (рис. 13, б) нажим на одно из
колец в радиальном направлении вызвал бы сжатие шариков с одной
стороны и увеличение зазора с противоположной стороны. Поэтому
применяют осевой сдвиг одного кольца относительно другого; направле-
ния сил А и R не совпадают. Подобным образом поступают при сферичес-
кой и конической формах дорожки качения.
2. Задают предварительный натяг в линейных единицах (например,
в мкм). Измеряют фактические размеры деталей, влияющие на натяг;
эти размеры образуют размерную цепь. Размер одного из сопряженных
звеньев принимают замыкающим и к его номинальному значению при-
бавляют или из него вычитают заданный натяг.
Например, в радиальном роликоподшипнике (рис. 13, в) размерная
цепь состоит из диаметров дорожек качения JB, и ролика Jp, причем
=	+ Измерив два диаметра, рассчитывают третий (обычно
с/р или dB) и прибавляют к нему предварительный натяг.
Шарики и ролики одинаково часто применяют в опорах качения шпин-
делей. В направляющих качения станков в основном применяют ролики,
а в передаче винт—гайка качения в настоящее время используют толь-
ко шарики.
Соединения с качением применяют при повышенных скоростях
движения или больших нагрузках. Их используют также при достаточно
Рис. 13. Способы создания предварительного натяга:
а — сжатием; б - сдвигом; в — изготовлением замыкающего звена
2 Маеров
33

высоких требованиях к точности перемещений, при этом из-за отсутст-
вия усреднения погрешностей необходима очень высокая точность изго-
товления деталей соединения.
Жидкостная смазка позволяет избавиться от большинства недостат-
ков смешанного трения и трения качения. Жидкостное трение обеспечи-
вается в гидродинамических и гидростатических соединениях.
Конструкция гидродинамических соединений предусматривает обра-
зование при движении клинового зазора между подвижной и неподвижной
деталями (рис. 14, а). Такой зазор получается благодаря специальной
форме или наклону (смещению) одной из сопряженных поверхностей.
При достаточно высокой скорости движения v масло загоняется в клино-
вое пространство — возникает гидродинамическая подъемная сила Р,
препятствующая контакту поверхностей в соединении.
В гидродинамические соединения масло поступает от насоса при
небольшом давлении, а давление в зазоре возрастает вследствие движения.
В гидростатических соединениях необходимое давление в масляном
слое создается благодаря более мощному насосу и может поддержи-
ваться даже при отсутствии движения.
Принципиальная схема гидростатического соединения показана на
рис. 14, б. Одна цз сопряженных деталей 1 или 2 подвижна. Охватывае-
мая (внутренняя) деталь может быть валом, или одной из направляющих,
или витком резьбы. Масло от насоса 3, развивающего давление 2...3 МПа,
подается через дроссели 4 (специальные 'сопротивления в виде узких
каналов) в карманы 5 и вытекает через зазоры 6, собираясь затем в бак 7.
Приложение внешней силы Р вызывает смещение детали 1. При этом
изменяются зазоры: уменьшается hx и увеличивается h2. Значение зазора
определяет сопротивление вытекающему маслу, а следовательно, и давле-
ние в кармане. При уменьшении ft j сопротивление возрастает, поэтому
давление в нижнем кармане повышается. При увеличении h2 давление
в верхнем кармане падает. Возникает разница давлений, которая уравно-
вешивает силу Р и препятствует соприкосновению сопряженных поверх-
ностей.
Гидростатические соединения требуют сложной системы питания,
включающей насос и магистрали высокого давления, фильтры, способ-
ные очистить масло от мельчайших частиц, систему сбора масла, вытекаю-
щего из карманов. К тому же работа системы питания сопровождается
значительным выделением теплоты. Главное достоинство гидростати-
ческих соединений — наличие жидкостного трения при любых скоростях,
Рис. 14. Соединения с жид-
костным трением:
а - гидродинамическое; б -
гидростатическое
34

а потому отсутствие изнашивания, равномерность движения» Возможно
автоматическое регулирование (корректирование) зазора в гидростати-
ческом соединении. Основная область применения гидростатических
соединений — в презиционных и тяжелых станках.
Гидродинамические соединения проще гидростатических и конструк-
тивно, и в эксплуатации, так как проще система их питания, но они ра-
ботоспособны лишь при достаточно высокой скорости и применяются для
шпинделей, а также направляющих, обеспечивающих главное движение.
Кроме того, жидкостное трение в них нарушается во время торможения,
при разгоне, при реверсировании, что приводит к изнашиванию.
Существуют также аэростатические соединения, в которых детали
разделены слоем сжатого воздуха.
Вопросы для самопроверки
1.	Какая разница между технико-экономическими показателями качества и
критериями работоспособности станков?
2.	Для чего составляют уравнение кинематического баланса?
3.	Перечислить достоинства и недостатки подвижных соединений с качением.
ГЛАВА 2.
КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ
§8	. НАЗНАЧЕНИЕ И ТИПЫ
Коробки передач предназначены для регулирования скорости дви-
жения исполнительных звеньев станка. В зависимости от признака разли-
чают следующие типы коробок передач.
В зависимости от назначения регулируемого движения различают:
коробки скоростей для изменения скорости главного движения; коробки
подач для изменения скорости движения подачи или подачи на оборот.
Чаще всего главное движение — вращательное, а движение подачи —
поступательное. Так как источником движения обычно служит электро-
двигатель, то коробки скоростей и коробки подач представляют собой
многоваловые устройства, иногда одинаковой конструкции (унифици-
рованные) .
По закономерности регулирования скорости различают бесступенча-
тое и ступенчатое регулирование. Последнее обеспечивает геометрический
или арифметический ряд скоростей.
В зависимости от способа переключения передач коробки передач
бывают со сменными зубчатыми колесами или шкивами, передвижными
блоками (колесами), муфтами, комбинированные.
По компоновке и месту расположения коробок скоростей коробки
передач делят на встроенные (в шпиндельную бабку) и вынесенные
(разделенный привод).
В зависимости от принципа действия и других особенностей управляю-
2*
35

щих устройств различают: коробки передач с многорукоятными устройст-
вами (рассредоточенными и сосредоточенными), с однорукоятными
устройствами, с последовательным переключением, с избирательным пере-
ключением (селективное управление), с предварительным набором ско-
рости (преселективное управление), с дистанционным управлением.
Механические вариаторы служат для бесступенчатого регулирования
скорости. Они позволяют устанавливать оптимальный режим обработки,
изменять скорость на ходу и под нагрузкой, автоматизировать изменение
частоты вращения выходного вала, например, для поддержания постоян-
ной скорости резания при поперечном точении.
Механические вариаторы являются преимущественно механизмами
фрикционного типа, т. е. в них движение передается трением. На рис. 15, а
показана схема вариатора, у которого конусы ведущего вала I и ведомого
вала II соединены широким клиновым ремнем 1, Конус 2 передвигают*
в осевом направлении рычажным механизмом управления, конус 3 также
подвижен вдоль оси и поджат к ремню пружиной 4. При сближении
ведомых конусов ремень передвигается к большему их радиусу г2, одно-
временно раздвигая ведущие конусы и переходя на меньший их радиус г х.
В результате при постоянной частоте вращения ведущего вала уменьшает-
ся частота вращения п2 ведомого вала: п2 = Hiri/r2- Такой же принцип
действия у вариатора со стальным кольцом вместо ремня.
В вариаторе (рис. 15, б) движение от ведущей чашки 1 к ведомой
чашке 2 передается роликами 5. При изменении наклона осей роликов
меняются радиусы контакта роликов с обеими чашками. При увеличе-
нии гх уменьшается г2, что ведет к увеличению передаточной величины и,
следовательно, частоты вращения п2 ведомой чашки. Недостатки механи-
ческих вариаторов — их ограниченный диапазон регулирования и прос-
кальзывание, снижающее КПД и долговечность.
Способы переключения передач. Для ступенчатого изменения переда-
точной величины г между двумя валами можно соединить их сменными
зубчатыми колесами. Наиболее распространены однопарные и двухпарные
гитары сменных колес. Однопарная гитара с постоянным межцентровым
Рис. 15. Механические вариаторы
36

Рис. 16. Механизмы для переключения
передач
9 V
расстоянием представляет собой консольно расположенную передачу
с прямозубыми колесами а и b (рис. 16, а и 17). Двухпарная гитара и
способы настройки гитар описаны в § 10. Сменными могут быть шкивы
ременной передачи.
Передвижением блока зубчатых колес zx — z3 вдоль шлицев или
шпонки вала (рис. 16, б) сначала расцепляются колеса zv и а затем
зацепляются z3 и z4. При левом положении блока ведомый вал ZZ вращает-
ся с минимальной частотой nIt = nmin = rijZi/zi. При правом положении
блока ия = nmax = nzz3/z4.
Блоки бывают двух- и трехвенцовыми (реже четырехвенцовыми),
зубья блоков — только прямые.
Муфта М (рис. 16, в) получает вращение от вала7 через шлицы или
шпонку и в зависимости от левого или правого положения на валу через
торцевые зубья передает движение колесу Zj или z3, т. е. соединяет одно
из этих колес с валом Z, включает передачу Zi/z2 или z3/z4. При этом вык-
люченное колесо вращается вхолостую от сопряженного колеса. В отли-
чие от колес в передвижных блоках при переключении муфтами колеса
могут быть косозубыми.
На рис. 17 представлена конструкция коробки скоростей с электро-
магнитными муфтами	которые автоматически переключают
Рис. 17. Автоматическая коробка скоростей
37

передачи, изменяя частоту и направление вращения выходного вала V.
При наладке частоту вращения меняют также сменными колесами а и Ь.
Такая коробка у токарно-револьверного автомата 1Е140П (обозначения
валов, зубчатых колес и муфт те же, что и на рис. 91).
С входного вала I, соединенного с двигателем, движение передается
на вал II. Последний представляет собой длинную втулку, опирающуюся
на вал IV через подшипники, встроенные в зубчатые венцы 33 и 49. В за-
висимости от включения муфты Мг или М2 (устройство муфт рассмотре-
но в § 14) с валом I соединяется зубчатое колесо 48 (с числом зубьев
z = 48) или 34, работает передача 48/33 или 34/46, т.е. у вала II две сту-
пени скорости.
Выходному валу V, соединенному со шпинделем, крутящий момент
передается через одну из муфт М3, М4, М5. При включении муфты М3
вал V связан с валом II через передачу 49/31. При включении муфты М4
или Ms крутящий момент передается также на валы III и IV, соединенные
между собой сменными колесами а и Ъ (через передачу 31/49 эти валы
постоянно получают движение, но при выключенных муфтах М4, М5 вра-
щаются вхолостую). Через передачу 35/45 (включена муфта М4) вал V
получает вращение в ту же сторону, что и через передачу 49/31. Если вклю-
чена муфта Ms, то движение передается через колеса 21 —52, соединенные
паразитным колесом 34, вследствие чего направление вращения вала V
изменяется.
Таким образом, коробка скоростей обеспечивает в автоматическом
режиме четыре ступени скорости при одном направлении вращения и
две — при другом. При одновременном включении муфт М4 и Ms они
тормозят друг друга, и вал V останавливается.
Эта коробка скоростей является частью разделенного привода, так
как она отделена от шпиндельной бабки и вынесена в станину. Токарно-.
винторезный станок 16К20 имеет
встроенную коробку скоростей, раз-
мещенную в шпиндельной бабке (см.
рис. 71).
На рис. 18 показан разделенный
привод с вынесенной вниз коробкой
скоростей 1. Часть зубчатых передач
размещена в шпиндельной бабке, об-
разуя перебор. При выключенной муф-
те 3 движение поступает на шпиндель
4 от ременной передачи 2 через пони-
жающие зубчатые передачи z1/z2 и z3/
/z4 — получается нижняя часть диапа-
зона частот вращения^. Сдвигая вдоль
оси колеса z2 и z3, выводят их из за-
цепления (выключают перебор) и
включают муфту 3. Тогда шпиндель
Рис. 18. Разделенный привод с перебором
38

получает вращение от шкива напрямую. В станке 16К20 (см. рис. 71) при-
менен двойной перебор, передающий движение шпинделю. Двойной блок
колес позволяет удвоить число ступеней частот вращения, получаемых с
помощью перебора. Выключают перебор передвижением блока на шпин-
деле влево.
Особенности различных способов переключения передач и компоно-
вок, области их применения раскрыты в § 94, 95.
Принципы действия устройств, управляющих переключением коро-
бок передач. На рис. 19, а показано многорукоятное устройство с сосредо-
точенными органами управления. Каждый из трех блоков колес 6, 7, 8
передвигается реечным механизмом 4—5. Зубчатые секторы 4 закрепле-
ны на концентрично расположенных втулках и валике, поворачиваемых
рукоятками 7, 2, 3.
Однорукоятное устройство по рис. 19, б управляет блоком 72 зубча-
тых колес на валу 9 и блоком 13 на валу 5. При перемещении рукоятки 3
в горизонтальном пазу детали 2 поворачивается вал 4 с зубчатым венцом
10, передвигается рейка 77 с блоком 72. При перемещении рукоятки
в одном из вертикальных пазов она поворачивается вокруг оси 7 и, дейст-
вуя как рычаг, двигает вал 4 вдоль его оси. При этом кольцевая рейка 8
поворачивает колесо 7, валик 6, рычаг 14 - передвигается блок 13.
Блоки зубчатых колес или муфты, могут управляться кулачково-
рычажными механизмами. Если при этом предусмотрены для кулачка,
например, четыре фиксированных положения 1-IV (управление двумя
двойными блоками), то при переключении из одного положения в дру-
гое (например из II в IV) приходится пройти промежуточное положе-
ние III. Это - система с последовательным переключением скоростей.
Избирательное переключение (селективное управление) обеспечи-
вается, например, устройством по рис. 20, а. Благодаря шаровому шар-
ниру 2 рукоятку 7 можно поворачивать в двух плоскостях. Поворот
Рис. 19. Многорукоятное (а) и однорукоятное
(б) устройства управления
39

Рис. 20. Устройства селективного (а) и преселективного (б) управления
в одной плоскости используется для перемещения ползушки 4 с вилкой
вдоль валика 5 или ползушки 5 вдоль валика 6, т.е. для переключения бло-
ков 7 и 8. В нейтральном положении блоков пазы, служащие для соеди-
нения ползушек с рычагом, совмещены. Это позволяет перевести конец
рычага из одного паза в другой поворотом рукоятки в плоскости, пер-
пендикулярной к валу. При такой системе можно менять положение бло-
ков в любой последовательности, избегая ненужных включений.
Устройство предварительного набора скорости (преселективное
управление) позволяет во время работы станка выполнить подготови-
тельные действия для переключения передач, подготовить систему к
быстрому изменению комбинации включенных передач. Для фактическо-
го перехода на новую скорость достаточно одного движения рукоятки
или нажима кнопки. В устройстве, показанном на рис. 20, б от рукоят-
ки 1 поворачиваются два угловых рычага 2 и 3, связанных между собой
зубчатыми секторами и передвигающих по шлицевому валу 7 чашеобраз-
ные селектрры 4 и 5. Лимбом 6 поворачивают селекторы и устанавливают
определенное сочетание их торцовых выступов и вырезов напротив хвос-
товиков ползушек 8 и 9. При сближении селекторов от рукоятки 1 они
передвигают ползушки по валику 10, устанавливая блоки 11 и 12 зубча-
тых колес в заданное положение. Два подготовительных движения —
разведение и поворот селекторов — совмещены с обработкой, сближение
селекторов осуществляют по окончании обработки. Преселективное
управление уменьшает вспомогательное время.
Дистанционное управление осуществляется с пульта, который может
быть значительно удален от электрических, гидравлических, пневматичес-
ких исполнительных устройств, переключающих муфты или передви-
гающих блоки зубчатых колес.
40

§9	. СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Коробки подач отличаются от коробок скоростей значительно мень-
шими передаваемой мощностью и скоростями.
Есть ряд специальных конструкций, которые могут работать только
в качестве коробок подач, но из-за пониженной жесткости непригодных
для использования в качестве коробок скоростей.
Механизм со встречными конусами из зубчатых колес и с вытяжной
шпонкой (рис. 21) состоит из нескольких рядом расположенных зубча-
тых передач. Число передач может достигать 8... 10. С ведущим валом 1
(рис. 21,6) через призматическую шпонку связаны колеса zlf z3, zs, z19
которые одновременно передают движение ведомым колесам z2;i
z6, z8. Последние вращаются с различной частотой относительно ведомого
вала 5. Внутри вала 3 размещен управляющий вал 6 с вытяжной шпон-
кой 4. Вытягивая шпонку 4, устанавливают ее в определенном положе-
нии вдоль оси, так, чтобы она связывала с валом 3 соответствующее
ведомое колесо (на рис. 21 с валом 3 соединено колеса z6). Остальные
ведомые колеса вращаются вхолостую. Разделительные кольца 5 пре-
дотвращают одновременное соединение вытяжной шпонки с двумя со-
седними ведомыми колесами. Перемещаясь мимо разделительного коль-
ца, шпонка углубляется, преодолевая плоскую пружину 2.
Механизм Нортона (рис. 22). С валом I жестко связаны колеса
ZJ...Z5, составляющие ступенчатый конус. Передвижное колесо zn соеди-
нено с валом II шпонкой и может смещаться вдоль нее. Накидное коле-
со z0 является паразитным и соединяет передвижное колесо с одним из
колес конуса. Рама Р охватывает колеса zn и z0; она может с колесом z0
поворачиваться вокруг колеса zn и перемещаться с обоими колесами
вдоль вала II. Для переключения скорости поворачивают раму, выводя
колесо z0 из зацепления с зубчатым конусом. Затем передвигают раму
Рис. 21. Механизм с вытяжкой шпонкой
а - кинематическая схема; б - конструкция
4Ф

Рис. 22. Схема механизма Нортона г*
вдоль оси, пока колеса zn и z0 не
окажутся напротив необходимого ко-
леса конуса и не зацепят с ним коле-
со z0 обратным поворотом рамы.
Механизм Нортона обеспечивает
до 10... 12 ступеней, причем переда-
точные величины могут образовать
арифметический ряд, необходимый для настройки винторезной цепи:
Для получения шагов метрических резьб вал с конусом делают ведущим,
а вал передвижного колеса — ведомым; для получения шагов дюймо-
вых резьб — наоборот.
§10	. КОНСТРУКЦИЯ И НАСТРОЙКА ГИТАР
СМЕННЫХ КОЛЕС
Гитарой называют устройство, позволяющее изменять передаточную
величину зубчатых передач путем смены колес. Однопарные гитары
(см. рис. 16, а) наиболее просты, так как межцентровое расстояние А
зубчатой передачи в них обычно неизменно. Для установки колес гитары
используют концы валов.
Если а и b — числа зубьев сопряженных колес, m — их модуль, то
ma	mb	т
А = —-—+------ — — (а + Z?) = const.
2	2	2 v 7
Отсюда следует условие сцепляемости колес в однопарной гитаре:
а + b = 2А/т = const. В этих гитарах используется ограниченный комплект
сменных зубчатых колес, точность настройки на заданную передаточную
величину. невелика. Такие гитары применяют для настройки станков
на скорость главного движения резания или движения подачи.
В цепях согласования движений необходима высокая точность наст-
ройки, так как от нее зависит траектория сложного формообразующего
движения, т. е. форма обработанной поверхности. В этом случае предус-
матривают двухпарные гитары. На рис. 23 представлена типичная конст-
рукция со сменными колесами a, b, с, d, ведущим валом 7 (с колесом а),
ведомым валом 5 (с колесом d), пальцем 4, закрепленным в базовой
плите 2 и являющимся осью, на которой вращаются колеса b и с. Базовая
плита представляет собой плоскую деталь с фасонным контуром, поворот
которой предотвращается винтом 3. Передаточную величину гитары
iг =	вычисляют по формуле настройки (см. § 4). В каждой паре
42

Рис. 23. Схема двупарной гитары
1
сменных колес передаточная величина i[ = a/b и z2r — c/d должна быть в
пределах от 1/5 до 2,8.
Палец 4 может быть переставлен по радиальному пазу в базовой
плите в новое положение, при этом изменяется межцентровое рас-
стояние А2 второй пары колес, т.е. изменяется сумма зубьев с + d.
Базовая плита 2 может быть повернута вместе с пальцем вокруг вала 5
в иное положение, при этом изменяется межцентровое расстояние Л1
первой пары колес, т.е. изменяется сумма зубьев а + Ъ. В таком поряд-
ке регулируют зацепление в передачах гитары, устанавливая рассчитан-
ные сменные колеса.
Зацепление каждой пары сменных колес возможно только, если
при подборе чисел зубьев выполнены все условия сцепляемости, кото-
рые выражают допустимые межцентровые и другие расстояния через
числа зубьев колес. Для разных гитар общим в условиях сцепляе-
мости является то, что они представлены в виде неравенств, которые
ограничивают возможные суммы чисел зубьев. Значения пределов
зависят от конструкции и размеров. Наиболее распространенными
являются две группы условий сцепляемости.
Первая группа зависит от протяженности пазов на базовой плите
и их расположения; должно быть, например,
Пределы для суммы а + Ъ зависят от крайних положений базовой
плиты (от дугового паза под винт 5). Пределы для суммы с + d отра-
жают расстояния начала и конца паза для пальца 4 от оси вала 5. В
общем случае пределы для сумм а + Ъ и с + d могут быть неодинако-
выми.
Вторая группа условий сцепляемости связана с ограничениями
со стороны деталей, окружающих зубчатые колеса. Так, на рис. 23 вид-
но, что вал 1 ограничивает диаметр колеса с при малой сумме а + Ъ.
Аналогично при большом диаметре колесо Ъ может упереться в деталь
6 концевого крепления колеса d, причем это зависит также от того,
насколько мала сумма с + d. Соответствующие условия сцепляемости
имеют вид
причем вместо 15 может быть и большее число (обозначим его z'),
что зависит от диаметров деталей 1 и 6, а также от модуля колес.
Могут быть дополнительные условия сцепляемости, например, ограни-
43

чивающие число зубьев одного из колес. В руководствах по обслужи-
ванию станков можно встретить графики, по которым проверяют
сцепляемость сменных колес.
К станку прилагают комплект сменных колес для настройки
одной или нескольких гитар. Иногда у станка два или более разных
комплектов колес, каждый из которых служит для настройки опре-
деленной гитары. Существуют ряды чисел зубьев, рекомендуемые при
составлении комплектов сменных колес. Так, для фрезерных станков
нормальным является следующий комплект: 20, 25, 30, 35, 40, 50,
55, 60, 70, 80, 90, 100. Для цепей согласования зубообрабатывающих
станков может быть использован комплект, состоящий из колес с
числом зубьев 20...100 (подряд), а далее 105, НО, ИЗ, 115, 120, 127.
Рассмотрим способы подбора чисел зубьев сменных колес.
Способ комбинирования сомножителей прост и точен. Он при-
меняется, если передаточная величина i' гитары может быть представ-
лена в виде обыкновенной дроби, у которой числитель* и знаменатель
раскладываются на простые сомножители. Комбинируют множители
отдельно числителя и знаменателя так, чтобы получить числа зубьев,
имеющиеся в комплекте сменных колес. При этом возможны только
такие преобразрвания, которые не изменяют передаточную величину i':
числитель и знаменатель можно дополнительно умножить на одно
и то же число, сомножители в пределах числителя или знаменателя
можно менять местами и объединять.
Пример. Пусть для фрезерного станка получилось if = 18/35. Проведем
следующие преобразования:
=	18 = 2° 3 * 3	2	9 =	20 90 _	90	20
35	5*7	” 5	7 ~	50 70 ”	50	70
Предпоследнее выражение непригодно из-за нарушения Трех условий сцепляе-
мости (в	каждой паре принято 100	< L z <	140 и z' = 15)	:
а + Ъ	= 20 + 50 = 70 <	100; с	+ d = 90 + 70 = 160 >	140;
а + Ь = 70 < 90+ 15.
Последнее выражение не удовлетворяет условиям сцепляемости в меньшей
степени (с + d = 20 + 70 =90 < 100), но, кроме того, нецелесообразно, так как в
первой паре колес угловая скорость увеличивается почти в 2 раза, а во второй
паре — уменьшается в 3,5 раза. Поэтому скомбинируем сомножители иначе:
•'=	18 = 2‘3‘3	3	6	_ 30	60 _ 60	30
35	5*7	5	7	— 50	70 — 50	70
Колеса а	= 60, b = 50, с	=	30 и	d	=	70 удовлетворяют условиям	сцепляемости
и могут быть приняты для настройки	станка;	в первой паре	колес	угловая	ско-
рость увеличивается мало.
Следует заметить, что если передаточную величину двухпарной гитары удает-
ся выразить одной парой чисел, не надо искусственно искать вторую пару. Вместо
колес b и с достаточно ввести в набор устанавливаемых сменных колес паразит-
ное колесо. Например, при i =18/35, если в комплекте есть колесо z = 36, мож-
но принять а = 36, d = 70 и число зубьев паразитного колеса р = 65 (или 68).
,	36	65	f
Тогда i = ----- ----- . Паразитное колесо на отдельном пальце вводят также
65	70
дополнительно к двум парам сменных колес для реверсирования движения.
Приближенный подбор сменных колес. Иногда ни при каких комби-
44

нациях сомножителей не удается подобрать числа зубьев сменных колес,
имеющихся в комплекте, и выдержать все условия сцепляемости. Тогда
необходимо заменить заданную передаточную величину z3 близкой к
ней Уд с другими сомножителями в числителе и знаменателе. При этом
абсолютная погрешность настройки Azz = i'3 — и относительная пог-
решность настройки 5 = А/' / i3 = (z3
Погрешность 5 не должна превышать допустимого значения.
Приближенный подбор неизбежен, когда получается передаточная
величина не раскладывающаяся на сомножители, в частности когда
в формулу настройки входят такие величины как я (при настройке
винторезной цепи на шаг червяка), или сомножитель 25,4 (Г =25,4 мм),
или тригонометрическая функция.
Способ замены часто встречающихся чисел приближенными дробя-
ми сводится к выбору подходящего значения из ряда известных соот-
ношений
5-71	13-29	19-21	33-27	22
я ~	~	~	~	:
ИЗ	4-30	127	25-11	7	’
1" = 127 & 4040	18‘24	1И30
5 ~	7-9 ~	17	~	13
и т. д. Затем используют способ комбинирования сомножителей.
Подбор сменных колес с помощью таблиц. В таблицах [36] М.И. Пет-
рика и В.А. Шишкова приведены значения передаточных величин с точ-
ностью до 0,0000001. Выбирают то значение, которое наиболее близко
к заданному; рядом указан конкретный набор сменных колес. В этом
удобство таблиц. Однако приведенный набор часто непригоден из-за
отсутствия в комплекте какого-либо из указанных колес или из-за нару-
шения некоторых условий сцепляемости. Тогда производят сокращение
общих множителей и пытаются комбинировать оставшиеся сомножители.
В таблицах [44] М.В. Сандакова передаточные величины даны с
погрешностью до 0,000001. Рядом с каждой из них — простая дробь.
По дополнительным таблицам той же книги раскладывают числитель
и знаменатель на простые сомножители. Затем применяют способ комби-
нирования сомножителей.
В таблицах i < h Если необходимо настроить гитару при i > 1,
предварительно вычисляют десятичную дробь 1: i . Далее пользуются
таблицами, причем в выписанных из таблиц выражениях меняют местами
числитель и знаменатель.
Вопросы для самопроверки
1.	Какие механизмы используют для переключения коробок скоростей и коро-
бок подач?
2.	Что такое перебор и как он устроен?
3.	Какие приемы применяют при подборе сменных зубчатых колес способом
комбинирования сомножителей?
45

ГЛАВА 3.
МЕХАНИЗМЫ ПРИВОДА ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ,
ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ
И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
§11. МЕХАНИЗМЫ
ПРИВОДА ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ
Чаще всего источник движения создает вращение. Для преобразова-
ния вращательного движения в прямолинейное служат следующие меха-
низмы: реечная передача, передача винт—гайка, кулачковый механизм,
кривошипно-шатунный и кулисный механизмы, ленточный механизм.
Реечные передачи содержат в качестве ведущего звена зубчатое коле-
со (см. рис. 7, а) или червяк (рис. 24). Рейка может быть с прямыми
или косыми зубьями. Реечная передача с зубчатым колесом применяется
очень широко, так как она имеет высокий КПД и позволяет преобразо-
вывать поступательное движение во вращательное или наоборот (в част-
ности, можно связать вращение зубчатого колеса с перемещением его
оси вдоль неподвижной рейки) . Червяк может располагаться вдоль рейки
или под углом к ней. В червячно-реечной передаче червяк подобен винту,
а зубья рейки играют роль неполных витков гайки. Привод с червяком
работает с большей редукцией, более плавно, но потери на трение в нем
больше, чем в приводе с колесом.
Передачи винт—гайка обеспечивают гораздо большую редукцию, чем
реечные передачи с зубчатым колесом, и повышенную плавность движе-
ния. Винт проще в изготовлении, чем рейка, и может быть более точен.
Пары винт—гайка работают со скольжением или с качением (особенности
таких соединений рассмотрены в § 7). Вращательное и прямолинейное
движения могут распределяться между винтом и гайкой следующим
образом: винт вращается — гайка перемещается прямолинейно; гайка
вращается — винт перемещается прямолинейно; винт вращается и пере-
мещается прямолинейно (гайка неподвижна) ; гайка вращается и переме-
щается (винт неподвижен).
Резьба ходового винта в соединении со скольжением имеет обычно
трапецеидальный профиль. Помимо цельных гаек (рис. 25, а) применяют
разъемные (раздвижные) гайки и полугайки (в токарных станках).
Преобладающие однозаходные резьбы имеют самоторможение, не поз-
воляют преобразовать поступательное движение во вращательное и поэ-
тому надежно удерживают подвижный узел даже на вертикальных нап-
равляющих.
У передачи винт - гайка качения высокий КПД, она допускает боль-

Рис. 24. Червячно-реечная передача
46

Рис. 25. Передача винт-гайка:
а — со скольжением; б - с качением; в — с устройством для регулирования зазора
шую скорость. Винтовые поверхности винта 3 (рис. 25, б) и гайки 2
разделены шариками 4, которые перекатываются вдоль резьбы. Шарики,
докатившись до конца гайки, направляются в канал 7, возвращающий
их к противоположному концу гайки. Таким образом, при вращении
винта шарики циркулируют по контуру, состоящему из резьбы и канала
возврата. Профиль резьбы — полукруглый или более сложный.
В передачах с качением зазор должен быть устранен, а при скольже-
нии - его следует уменьшить или расположить у одной стороны профи-
ля (с постоянным прижимом по другой стороне). Для этого чаще всего
на винте располагают рядом две гайки, распираемые клином, пружи-
ной, путем взаимного поворота или другим образом. Отпуская винт 1
(рис. 25, в) и подтягивая винт 5, клином 4 раздвигают гайки 2 и 5, затем
винт 1 зажимают. Регулирование зазора повышает точность работы пе-
редачи.
Кулачковые механизмы различаются типами кулачков и типами тол-
кателей. Дисковые (плоские) кулачки 1 (рис. 26, а) сообщают движе-
ние толкателю 2 в плоскости, перпендикулярной к оси кулачка. Диско-
вый кулачок чаще передает движение через качающийся толкатель в виде
рычага, а цилиндрический кулачок перемещает толкатель поступательно,
Рис. 26. Механизмы с дисковым кулачком (а) и с цилиндрическим кулачком (б)
47

но может быть и наоборот. Чтобы избежать Трения скольжения, обычно
толкатель прижимается к кулачку через ролик 3. Цилиндрические (бара-
банные) кулачки 7 (рис. 26, б) сообщают движение толкателю 2 вдоль
оси кулачка. Цилиндрический кулачок перемещает толкатель в обе сто-
роны благодаря наличию паза. Если одну сторону паза убрать, то полу-
чится торцовый кулачок (открытого типа), к которому толкатель должен
быть прижат, например, пружиной (силовое замыкание). Дисковый ку-
лачок также можно сделать пазовым, но, как правило, применяют кула-
чок открытого типа, требующий силового замыкания. При этом в одну
сторону толкатель перемещается кулачком, а в обратную — пружиной,
грузом, гидро- или пневмоцилиндром.
В отличие от реечной передачи или передачи винт — гайка, сообщаю-
щих равномерное движение, кулачок, вращаясь равномерно, способен
обеспечить различные законы движения толкателя. Это зависит от профи-
ля кулачка. Типичен следующий цикл: быстрый подвод — медленный
рабочий ход (движение подачи) — выдержка (остановка толкателя) —
быстрый отвод.
Механизмы с кривошипом преобразуют вращательное движение
в возвратнр-поступательное. Кривошипно-шатунный механизм (рис. 27, а)
содержит кривошип, шатун и ползун. Крйвошип является ведущим
звеном и представляет собой палец 7, находящийся на расстоянии г от
оси, вокруг которой он вращается, и связанный с этой осью стержнем
или диском 2. Ползун 4 — ведомое звено, совершающее возвратно-посту-
пательное движение. Шатун 3 шарнирно соединен с кривошипом и пол-
зуном. Ход ползуна равен 2г, поэтому в конструкции кривошипа предус-
матривают радиальный паз, чтобы регулировать положение пальца. Регули-
руя длину шатуна, меняют место хода, т. е. сдвигают крайние положе-
ния ползуна.
Кривошипно- кулисн ый ме-
ханизм (рис. 27, б) содер-
жит, кроме ведущего криво-
шипа 7 и ведомого ползуна
4, камень 2, перемещающийся
в пазу кулисы 3. При вращении
кривошипа кулиса качается, а
ползун движется возвратно-пос-
тупательно. Кривошипно-кулис-
ный механизм отличается боль-
шой быстроходностью, достаточ-
но плавным реверсированием,
но скорость рабочего хода нерав-
номерна, а при уменьшении ско-
рости рабочего хода уменьша-
ется и скорость холостого хода.
Рис. 27. Кривошипно-шатунный (а) и
кривошипно-кулисный (б) механизмы
48

§12. МЕХАНИЗМЫ
ПРЕРЫВИСТОГО (ПЕРИОДИЧЕСКОГО) ДВИЖЕНИЯ
Кривошипные и кулачковые механизмы работают с периодическим
изменением направления и скорости движения ведомого звена. При этом
начальное и конечное положения этого звена повторяются периодически,
не меняясь. Ведомое звено движется непрерывно, за исключением участка
кулачка, соответствующего выдержке.
В ряде случаев необходимо периодически передвигать в одном направ-
лении ведомое звено, например подавать или углублять инструмент,
поворачивать револьверную головку. Движение при этом происходит
кратковременно; важно обеспечить точность отрезка пути, в частности
угол поворота. Для этого служат храповые и мальтийские механизмы.
Храповые механизмы применяют для поворота ведомого звена на
небольшой регулируемый угол при включении (обычно кратковремен-
ном) ведущего звена, которое должно совершить за один цикл одно
возвратно-качательное движение. Ведущим звеном является собачка 1
(рис. 28), ведомым - храповое колесо (храповик) 2. Храповой меха-
низм может быть с наружным (рис. 28, а) или внутренним (рис. 28, б)
зацеплением. Зубья храповика скошены, со стороны собачки могут
иметь подвнутрение. Собачка способна поворачиваться на своей оси 3,
а вместе с ней — вокруг оси храпового колеса. Собачка постоянно при-
жата к зубьям колеса пружиной (не показана). При повороте вокруг
храповика в одну сторону (на рис. 28, а против часовой стрелки) собачка
упирается в зуб и поворачивает его. При возвращении в исходное поло-
жение собачка скользит по пологой стороне зуба, перескакивает с зуба
на зуб, при этом храповое колесо неподвижно.
Возвратно-качательное движение собачка может получать от криво-
шипного механизма 7 (рис. 28, в) с шатуном 5 или с кулисой, или от
гидравлического плунжера, соединенного с зубчатой рейкой. Угол пово-
рота храпового колеса зависит от угла качания рычага 8 с собачкой и ре-
гулируется перестановкой пальца 6 относительно оси вращения криво-
шипа (или изменением хода плунжера). При постоянном угле качения
собачки часть зубьев храповика может быть закрыта щитком 4. Тогда
часть рабочего хода собачка скользит по щитку и, сойдя с него, захва-
тывает зубья и поворачивает колесо. В установленном положении щиток
удерживается фиксатором 9. Для реверсирования движения храповика
собачку перекидывают в положение, показанное тонкой линией.
Рис. 28. Храповые механизмы
49

2 I	Рис. 29. Схема мальтийского механизма
Л	Мальтийские механизмы применяют для того,
Cj чтобы периодически кратковременно поворачивать
IГ	j на определенный угол 2/3 ведомое звено - много-
пазовый диск или мальтийский крест 2 (рис. 29) —
у	при непРеРывном вращении ведущего звена — кри-
/	f вошипного диска 7. За часть оборота кривошипного
\	диска (угол 2а), когда происходит поворот креста,
кривошипный палец (цевка) 3 вводится в радиаль-
ный паз и выводится из него. В момент вывода паль-
ца из одного паза следующий паз оказывается в по-
ложении, при котором палец может быть введен в него. Для смягчения
удара палец должен входить в паз строго в радиальном направлении.
На угол 27 кривошип поворачивается вхолостую. Если у диска два пальца,
то за один его оборот мальтийский крест поворачивается дважды, каж-
дый раз на угол 2)3	'
§13. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
В зубчатой передаче один вал является ведущим (входным), другой —
ведомым (выходным). В дифференциальном механизме три входа-вы-
хода. В станках применяют дифференциальные механизмы (рис. 30)
с двумя ведущими и одним ведомым звеньями. Такие механизмы служат
для суммирования движений.
В дифференциальных механизмах с цилиндрическими (рис. 30, а)
или коническими (рис. 30, б) зубчатыми колесами (в дифференциалах)
различают центральные колеса zr и z4, сцепленные с ними сателлиты z2 и
z3, водило В, несущее ось сателлитов. Водило может быть в виде кор-
пуса (рис. 30, а) или крестовины (рис. 30, б). У дифференциалов оси
некоторых колес перемещаются в пространстве (происходит обкатывание).
При неподвижном водиле (п0 = 0) дифференциал работает как совокуп-
50

ность обычных зубчатых передач. Пёредаточная величина i от вала I к
валу II (между центральными колесами) при цилиндрических колесах
(см. рис. 30, а)
_ Z1 Z3
~z ~z •
z 2 Z 4
При конических колесах, когда = z2 = z3 = z4 (см. рис. 30,	= 1.
Если центральное колесо Zi неподвижно (мх = 0), то при повороте
водила ось сателлитов перемещается в пространстве вокруг централь-
ных колес. Сателлиты обкатываются по неподвижному колесу zr и, вра-
щаясь вокруг своей оси, приводят в движение колесо z4. Такой частный
вид дифференциала с неподвижным центральным колесом называют
планетарным механизмом.
При вращении вала I и водила В (вал III) на выходном валу II полу-
чается сумма двух движений. Частоты вращения валов дифференциала,
обозначенные на рис. 30, а, связаны зависимостью (формула Виллиса)
~~ “° __ = Л* (_
«4 - «0	Z. Z3
где m — число наружных зацеплений (в данном случае m = 2).
Из формулы Виллиса суммарная частота вращения
2 , Za х	Z . Z,
и4 = п0 (1-----—------) ± П1	.
Z2 * 2 4	Z2 Z4
В последней формуле знак перед вторым слагаемым зависит от
направлений суммируемых движений. Для планетарного механизма
передаточная величина 1'щ_ц от водила (вала///) к валу// получает-
ся при пг — 0:
.1	_	П4 _ i   Z1 Z3
lIII-II ” n	~ 1	z z
n 0	Z 2 Z 4
При передаточных величинах передач zr/z2 и z3/z4, близких к еди-
нице (например, равных 50/51), общая передаточная величина планетар-
ного механизма получается очень малой (////_//	1/26), т. е. меха-
низм обеспечивает большую редукцию скорости при малых габаритных
размерахГ^Для сравнения: передаточная величина двух обычных зубчатых
18	18	324	1 ч
передач примерно при тех же габаритах равна ————- =	« —.)
50 50	2500	о
Конический дифференциал (рис. 30, б, в) получил большое распрост-
ранение в станках. Формула Виллиса для него упрощается:
”1 ~ по = _ j
П4 ~ П0
Знак ” перед единицей означает, что при остановленном водиле
(м0 = 0) валы/и// вращаются в противоположные стороны (м4 = —Mi).
Если Mi = 0, то м4 = 2м0, т. е. центральное колесо вращается вдвое быст-
рее, чем водило. Следовательно, передаточная величина от водила к ва-
ЛУ Н Чи-П =
51

Вопросы для самопроверки
1.	Как распределяются вращательное и прямолинейное движения между винтом
и гайкой?
2.	Чем различаются кулачковые механизмы?
3.	Как работают храповые и мальтийские механизмы?
4.	Для чего предназначены дифференциальные механизмы?
ГЛАВА 4.
МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ
§14	. МУФТЫ
Приводные муфты предназначены для постоянного или периодичес-
кого соединения двух стыкующихся валов или вала с другими звеньями
привода (зубчатым колесом, шкивом), для передачи вращения между
ними. Различают муфты следующих типов: постоянные, сцепные, предох-
ранительные, обгонные.
Постоянные муфты служат для соединения валов, которые не надо
разъединять. Жесткие муфты соединяют соосные валы. Наиболее проста
муфта в виде общей втулки (рис. 31, а). Большой крутящий момент
способна передавать муфта из двух фланцев, стянутых болтами (рис. 31,6).
Упругие муфты (рис. 31, в) позволяют соединять валы с небольшим
отклонением от соосности'и сглаживают динамические нагрузки в приво-
де. Для этого полумуфты соединяют с помощью резиновых колец, вту-
лок, звездочек. Подвижные муфты соединяют валы с большим смеще-
нием. Например, крестовая (плавающая) муфта (рис. 31, г) соединяет
несоосные параллельные валы.
Сцепные муфты необходимы для периодического соединения звеньев
привода, например зубчатого колеса и вала в коробке передач.
Кулачковая муфта (рис. 31, д) передает крутящий момент торцовыми
кулачками, проста по конструкции, надежна, имеет небольшой осевой ход
для включения, но не может включаться при значительной угловой скорости.
Зубчатая муфта (рис. 31, е) состоит из колеса с наружными зубьями,
передвигаемого вдоль оси, и внутреннего в£нца с таким же числом зубьев.
Эта муфта более работоспособна и технологична, чем кулачковая.
Фрикционные муфты допускают включение на ходу и перегрузки
(возникает проскальзывание). Наиболее распространены многодисковые
фрикционные муфты. Диски в них сжимаются механически, гидравли-
чески, пневматически, электромагнитными силами. Например, двусторон-
няя муфта на валу 1 (см. рис. 71) управляется вручную.
Дисковые электромагнитные муфты очень удобны ддя дистанцион-
ного управления, их используют в автоматических коробках передач.
Такие муфты могут быть контактными и бесконтактными. В первых
(рис. 31, ж) ток подводится к катушке 4 электромагнита^ через щетку,
поджатую к вращающемуся контактному кольцу 6, во вторых (рис. 31, з)
провод присоединяется к неподвижной катушке. Муфта состоит из сле-
дующих частей: внутренней полу муфты 5, закрепленной на валу; наруж-
ной полумуфты (поводка) 2, связанной с колесом, свободно сидящим
52

Рис. 31. Муфты
на валу; пакета чередующихся внутренних и наружных фрикционных
дисков 3, соединенных с соответствующими полумуфтами; катушки 4,
создающей магнитное поле; якоря 7, который при включении катушки
притягивается и сжимает диски. Различают также муфты с магнитопро-
водящими дисками (см. рис. 31,ж) и вынесенными дисками (см. рис. 31,з),
которые находятся за пределами магнитного потока (в последних диски
сжимаются между регулировочной гайкой 6 и нажимным диском 7, сое-
диненным с якорем 7). Чтобы при выключении диски расходились, их
делают волнистыми и пружинящими.
Предохранительные муфты служат для предохранения ответствен-
ных и дорогостоящих деталей механизмов от поломок при перегрузках,
53

Рис. 32. Муфта обгона
а также для автоматизаций управления движениями (например, для
останова суппорта жестким упором). Простейшими являются муфты
(рис. 31, и), в которых срезаются штифты, передающие крутящий момент
(если он превысил расчетное значение). Муфты с подпружиненным шари-
ком (рис. 31, к), который отжимается при перегрузке, способны сами
восстанавливать сцепление после снижения нагрузки. Такими же свойст-
вами обладают пружинно-кулачковые муфты, имеющие сильно скошен-
ные кулачки.
Муфты обгона (односторонние) передают крутящий момент лишь
при одном направлении вращения. Это свойство используют для ускорен-
ного вращения ведомого звена от дополнительной кинематической цепи
без выключения основной тихоходной цепи. Наибольшее применение
нашла роликовая муфта обгона (рис. 32). Если кольцо 2, охватывающее
диск 3, вращается по направлению стрелки, то соприкасающиеся с коль-
цом ролики 5 благодаря трению перемещаются в узкую часть вырезов
диска и заклиниваются там. Вращение передается от кольца через ролики
диску и далее валу 1. Если при неподвижном кольце вращать вал в том
же направлении от другой цепи, то отстающее кольцо выводит ролики
из узкой части выреза в более широкую и разъединяется с валом. Такой
же результат будет при медленном движении кольца и быстром (обгоняю-
щем) — вала. Пружины 4 обеспечивают прижим роликов к кольцу. При-
меняют также храповые муфты обгона.
§15	. ТОРМОЗНЫЕ УСТРОЙСТВА
Тормоза служат для быстрой остановки выключенного привода
или для временного удержания в неподвижном состоянии отдельных
частей станка.
Обычно применяют электромеханические тормоза, в которых тру-
щиеся детали сжимаются или разжимаются с помощью электромагнита.
В ленточном тормозе (рис. 33, а) диск 1 охвачен/металлической
лентой 2, внутренняя поверхность которой несет слой антифрикционного
материала,' например прессованного асбеста. Один конец ленты заделан
в неподвижной детали 6, другой — прикреплен к рычагу 4. Пружина 5
54

тянет рычаг и стремится повер-
нуть его но часовой стрелке,
затягивая ленту тормоза. Элект-
ромагнит 3 при включении пово-
рачивает рычаг в противополож-
ную сторону, освобождая ленту.
Особенно широко распрост-
ранены многодисковые тормоза
(рис. 33, б), в качестве которых
применяют фрикционные муфты,
замкнутые на корпус. Подвиж-
ные диски 2, соединенные шлицами с валом 6, чередуются с неподвиж-
ными дисками 5, которые соединены с кольцом 5, привернутым к кор-
пусу 4. Диски сжимают втулкой 7. Наибольшее применение получили
многодисковые электромагнитные тормоза.
§16	. РЕВЕРСИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Реверсировать движение (изменять его направление) при неизмен-
ном направлении работы двигателя можно введением дополнительной
зубчатой передачи (обычно — паразитного колеса) или переключением
устройства с коническими колесами.
При цилиндрических зубчатых передачах паразитное колесо вводят,
устанавливая дополнительный палец в гитару сменных колес или вклю-
чая дополнительную параллельную основной ветви ветвь цепи с помощью
скользящего колеса (рис. 34, 2) или муфты М (рис. 34, б). На свертке
(см. рис. 34, а) видно, что колесо z2 может зацепляться и с колесом z0
и с колесом z3, но эти зацепления имеют место в разных плоскостях
(показано в развертке).
Реверсирующие устройства с коническими колесами (рис. 34, в)
переключаются обычно муфтами.
Рис. 34. Схема реверсирующих устройств
55

§17	. БЛОКИРОВОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
Блокировочные устройства (механические, электрические, гидрав-
лические, комбинированные) предотвращают включение механизмов,
приводящее к поломкам или другим вредным последствиям. В част-
ности, недопустимо одновременное включение некоторых механизмов,
например параллельных передач между двумя смежными валами. (
Рядом расположенные параллельные валы можно сблокировать
с помощью двух дисков с вырезами (рис. 35, а, б). Например, каждый
из валов 1 и 6 управляет двойным передвижным блоком зубчатых ко-
лес, посаженных на общий вал. Нельзя включать один блок, без выклю-
чения другого. Положение дисков на рис. 35, а соответствует нейтраль-
ному положению обоих блоков. При повороте рукоятки 2 в положение,
показанное на рис. 35, б, включается один из блоков и смещается вырез а
диска 3. После этого невозможно повернуть рукоятку 5 вала 6 и вклю-
чить другой блок, так как вырез б диска 4 заперт наружной цилиндри-
ческой поверхностью диска 3.
Удаленные один от другого параллельные валы блокируются с по-
мощью стержня 2 (рис. 35, в) и дисков 1 и 3. На рисунке показано нейт-
ральное положение обоих дисков. При повороте диска 1 стержень вы-
талкивается из его углубления и входит в углубление диска 3, блоки-
руя его.
Для предотвращения аварийных ситуаций в автоматических линиях
контролируют исходное положение агрегатов, правильность положения
загруженной детали, сохранность часто ломающихся инструментов. Напри-
мер, на станке, где инструментом являются сверла, необходимо перед
каждым циклом проверить, цело ли сверло. Для этого существуют кон-
тактные и бесконтактные устройства. На станке, продолжающем обра-
Рис. 35. Схемы блокировки валов (а, б, в) и контроля наличия отверстия (г)
56

ботку ранее просверленного отверстия, в частности нарезающем внут-
реннюю резьбу, проверяется, нет ли' в отверстии облома сверла. Наличие
отверстий и полную их глубину контролируют щуповым устройством
(рис. 35, г).
Вопросы для самопроверки
1.	Что общего в контактной и бесконтактной дисковых электромагнитных
муфтах и чем они отличаются?
2.	Перечислить способы реверсирования движений в станках.
3.	К чему привело бы отсутствие блокировочных устройств?
ГЛАВА 5.
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
§18	. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
СТАНКАМИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
И СТАНКАМИ ДЛЯ КРУПНОСЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Станки могут быть одинаковыми или близкими по компоновке,
кинематической структуре, конструкции, но совершенно различными
по своим системам управления. Развитие систем управления оказывает
все большее влияние на кинематическую структуру и конструкцию стан-
ков. Для полной или частичной автоматизации цикла работы станка
чаще всего используют путевую систему управления. Она состоит в том,
что подвижная часть станка, например каретка 1 (рис. 36, а) в конце
заданного пути воздействует упором 4 на электрическое или другое
устройство, например на конечный выключатель 5. Это служит командой
для выключения данного и включения следующего движений. Конечные
выключатели 5 и б расположены на неподвижной части, например на ста-
нине 2. Упор 3 выключает движение в противоположном направлении.
Перестановкой упоров 3 и 4 по продольному пазу каретки настраивают
длину пути и исходное положение каретки.
Управление по пути с применением электрических, гидравлических
и других средств достаточно просто, так как может быть рассредоточено
по станку и управляющие элементы могут быть приближены к его под-
вижным частям. Надежность системы заключается в том, что в случае
Рис. 36. Схемы устройств:
а ~ с путевой системой управления; б - с управлением от кулачка; в - с управле-
нием по давлению; г - с копировальной системой управления
57

неисправности следующее движение не начнется, если не завершено пре-
дыдущее движение. Путевая система управления без жесткого упора
не обеспечивает достаточной точности пути и требует запаса хода из-за
различных перебегов. Для переналадки необходимо много времени на
выполнение пробных движений и коррекцию положения упоров.
В автоматах и полуавтоматах достаточно часто применяют кулачко-
вую систему управления, основанную на использовании кулачковых рас-
пределительных валов. Время одного оборота распределительного вала
равно времени цикла. Каждое движение занимает определенное время,
составляющее часть времени цикла. Поэтому каждому движению соот-
ветствует определенный угол поворота распределительного вала, т. е.
угол а на движущем кулачке (рис. 36, б).
Достоинство управления от кулачков в том, что они позволяют авто-
матизировать сложный цикл, для чего на вал устанавливают несколькр
кулачков, каждый из которых может иметь профиль, состоящий из раз-
личных участков, при этом не требуется промежуточной аппаратуры.
Кулачок обеспечивает точный путь движения ведомого звена. Недоста-
ток кулачковых механизмов — ограниченность длины хода.
Управление по давлению (обычно в комбинации с путевым управле-
нием) используют в гидрофицированных станках. Масло от насоса посту-
пает по магистрали 1 (рис. 36, в) и подается к цилидру 1Ц и к гидрав-
лическому устройству — напорному золотнику НЗ соответственно по
трубопроводам 2 и 3. Золотник НЗ не пропускает масло до тех пор, пока
давление перед ним не достигнет настроенного (заданного) уровня.
Поэтому сначала срабатывает цилиндр Цг. Его поршень после окончания
хода останавливается, давление в трубопроводе растет, напорный золот-
ник открывается, пропуская масло в цилиндр Ц2. Напорный золотник
заменяет сразу конечный выключатель, электрическое реле, электро-
магнит и гидравлический распределитель. Вместо напорного золотника
можно поставить реле давления, которое действует как конечный выклю-
чатель (в путевой системе) и вырабатывает электрический сигнал. В
этом случае цилиндр Ц2 должен питаться через гидравлический распреде-
литель, включаемый реле давления. Управление по давлению применимо
при остановке на постоянном жестком упоре, но оно незаменимо при
зажиме заготовок неодинакового размера (когда поршень цилиндра
проходит до остановки разный путь и путевая система неприменима).
Чтобы обеспечить движение инструмента относительно заготовки
по заданной траектории, применяют копировальные системы управления.
Они воспроизводят (в натуральную величину или в некотором масшта-
бе) форму образца — копира, шаблона или образцовой детали. В этих
системах устройство 3 со щупом (рис. 36, г) электрически (гидравли-
чески, механически) связано с приводом 4 инструмента 5. Все движе-
ния щупа 2 относительно копира 1 повторяются инструментом 5 отно-
сительно заготовки 6.
Рассмотренные системы управления применяют в неавтоматизиро-
ванных станках или в автоматах, используемых в крупносерийном и
массовом производстве.
58

§	19. ПОНЯТИЕ О СИСТЕМАХ
ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
Программа содержит информацию о действиях, которые должны
быть осуществлены в процессе обработки, и представляет собой после-
довательность команд, которые должны быть выполнены рабочими орга-
нами станка или отдельными частями самой системы управления.
Технологическая информация включает в себя сведения о последо-
вательности использования инструментов, режимах резания, о включе-
нии охлаждения и т. д., а геометрическая информация — об относительных
перемещениях инструмента и заготовки в процессе обработки.
Система программного управления позволяет легко программиро-
вать (задавать и менять) содержание цикла выполняемых действий.
Под циклом работы станка понимают полностью или частично повторяю-
щуюся совокупность действий, необходимых для обработки заготовки
и выполняемых в определенной последовательности. В общем случае
можно изменять состав и последовательность действий, параметры движе-
ний (траекторию, скорость, направление, исходное положение, дуть).
Системы программного управления обеспечивают автоматизацию уни-
версального, часто переналаживаемого оборудования. Различают системы
циклового программного управления (ЦПУ), числового программного
управления (ЧПУ) и централизованного группового управления от, элект-
ронных вычислительных машин (ЭВМ).
Система ЦПУ охватывает не все стороны процесса обработки, она
предусматривает полное или частичное программирование цикла работы,
режима обработки, смены инструмента, т. е. в этой системе программа
отражает только технологическую информацию. Система ЦПУ работает
в сочетании с путевой или копировальной системой управления.
При ЦПУ программу разделяют на этапы, каждый из которых со-
ответствует определенной комбинации одновременно работающих ап-
паратов и устройств, т.е. одновременных движений. В простейшем слу-
чае программе соответствует решетка, реализуемая в виде штекерной
панели (рис. 37). Каждая строка соответствует этапу программы Э1,
Э2,..,,ЭК, а каждая вертикаль — программируемому параметру (опреде-
ленному движению рабочего органа) . Точки в узлах (гнездах) решетки по-
казывают, что именно включено на каждом этапе. В конце этапа срабаты-
вает управление по пути, и шаговый искатель ШИ, сдвигаясь на шаг,
вводит в действие следующую комбинацию команд, следующий этап
программы. Например, при переходе от второго этапа 32 к третьему 33
продолжает действовать привод П2, включается привод П4 и выключает-
ся привод Пп. Для изменения цикла достаточно переставить штекеры
(особые штыри) из одних гнезд панели в другие гнезда, так как штекеры
соединяют электрические цепи, проходящие через гнезда.
Кулачковый командоаппарат аналогичен по принципу действия пане-
ли, свернутой в цилиндр. Ряд гнезд вдоль образующей барабана соответ-
ствует этапу программы, а кольцевой ряд гнезд — программируемому
параметру. В гнездах располагают кулачки, штифты или шарики, нажи-
мающие на конечные выключатели или другие электрические устройства.
59

Включаются соответствующие электрические цепи, реле, двигатели. Об
окончании этапа программы свидетельствует нажим на определенный
путевой переключатель, что приводит к повороту барабана на один шаг.
Системы ЦПУ со штекерными панелями или кулачковыми коман-
доаппаратами являются наиболее простыми и дешевыми, не требуют
высокой квалификации операторов, применяются в серийном производ-
стве, в частности в токарно-револьверных станках.	(
Программируемые контроллеры (программируемые командоаппара-
ты) являются бесконтактными устройствами логического управления,
основанными на использовании микроэлектронных интегральных схем.
Главная составная часть программируемого контроллера — центральный
процессор, который осуществляет в основном логические операции
(подробнее о них см. § 21). Постоянное запоминающее устройство хра-
нит программу. Генератор импульсов обслуживает все части контроллера.
Программу вводят нажатием клавишей (рис. 38)'. На клавиши нане-
сены обозначения логических элементов или даже контактов принципиаль-
ной электросхемы, которую хотят воссоздать в бесконтактной форме.
Номер цепи схемы набирают переключателями. Набранную программу
можно записать на магнитную ленту и ввести в автоматическое устройст-
во, которое может хранить десятки программ и по команде вводить
необходимую программу в запоминающее устройство контроллера.
Вспомогательные устройства обеспечивают дополнительные возмож-
ности программируемого контроллера: отсчет времени, подсчет числа
изготовленных деталей, сравнение четырехзначных чисел. Присоединение
дисплея (экрана, на котором высвечиваются цифры и буквы) или печа-
Рис. 37. Упрощенная схемы штекерной
панели
Рис. 38. Переносная панель программи-
руемого командоаппарата
60

тающего устройства позволяет выводить и регистрировать информацию
о состоянии оборудования, затратах основного и вспомогательного вре-
мени, другие сведения. Из центра обслуживания по телефонной связи
в программируемый контроллер можно ввести новую программу обра-
ботки или тестовые программы для выявления неисправностей обору-
дования.
Система ЧПУ работает по программе, заданной совокупностью цифр
и букв, причем программируются технологическая и геометрическая
информации.
Для систем ЧПУ характерна дискретность задания параметров, в том
числе перемещений. Дискретой (ценой импульса, ценой шага) называют
перемещение рабочего органа (например, стола) за один импульс, прохо-
дящий в системе управления к устройствам, управляющим двигателем,
или от устройств, измеряющих фактическое перемещение. Следовательно,
теоретически длина пути равна дискрете, умноженной на число дискрет,
которое задано в программе.
Информация программы переносится на программоноситель в виде
перфоленты, перфокарты, магнитной ленты, магнитного диска.
На перфоленту информация записывается в кодированной форме,
чаще всего это восьмидорожковая лента шириной 25,4 мм (рис. 39).
На каждой строке (поперек ленты) закодированы цифра, буква или
знак. Признак буквы — отверстие на седьмой дорожке, признак цифры —
отверстие на пятой и шестой дорожках (на рис. 39 первая дорожка —
сверху; сплошная дорожка с малыми отверстиями — синхро до рожка —
служит для определения момента считывания строки и не входит в число
восьми информационных дорожек).
Для записи числа применяют двоично-десятичный код, при котором
каждому десятичному разряду (единицам, десяткам, сотням и т. д.)
отведена своя строка, а число единиц в разряде (цифра) представлено в
двоичном коде. В двоичной системе счисления соседние разряды разли-
чаются в 2 раза, поэтому достаточно двух символов: в каждом разряде
записывают либо 0 (отсутствие отверстия на перфоленте), либо 1 (от-
верстие на перфоленте). Для записи любой десятичной цифры доста-
точно четырех дорожек перфоленты. Отверстие на первой дорожке озна-
чает 1, на второй — 2, на третьей — 4, на четвертой — 8. Число 5 составлено
из 4 и 1, этому соответствует строка с отверстиями на третьей и первой
дорожках. На рис. 39 на перфоленте записаны перемещения (в виде
Рис. 39. Участок перфоленты
61

Рис.40. Структурная схема комплекса числового программного управления
числа дискрет) по оси X на + 123,4 мм, по оси У на — 67,89 мм (дискре-
та 0,01 мм). Восьмая дорожка служит для контроля правильности пер-
форирования и считывания.
Перфолента — наиболее распространенный программоноситель. Ее
достоинства: дешевизна, простота хранения, возможность визуального
контроля записи.
Магнитные программоносители, не обладая достоинствами перфо-
ленты, отличаются высокой плотностью записи информации (до 40 им-
пульсов на 1 мм) и повышенной скоростью ввода и вывода-информации.
Система числового программного управления (СЧПУ) входит в
комплекс ЧПУ (рис. 40). Другими частями комплекса являются система
подготовки программ и собственно станок.
Система группового управления станками от ЭВМ предназначена
для управления группой станков с ЧПУ и других машин (например,
роботов, измерительных машин) непосредственно от ЭВМ. Могут быть
системы ’’одна ЭВМ — группа станков” или ’’центральная ЭВМ — подчи-
ненные ЭВМ (более низкого ранга) — группа станков и другого обору-
дования с ЧПУ”. Для прямого управления от ЭВМ характерно отсут-
ствие программоносителя, что является большим преимуществом. Коман-
ды программы в виде электрических сигналов передаются из ЭВМ сразу
к устройствам ЧПУ, обслуживающим станок. Пульт связи с ЭВМ дает
возможность вводить различные коррекции. Управление от ЭВМ позво-
ляет автоматизировать так;же подготовку и организацию производствен-
ного процесса на участке (планирование, диспетчирование, учет).
Станки с ЧПУ отличаются как высокой степенью автоматизации,
так и универсальностью, способностью к быстрой переналадке. Поэтому
они эффективны при автоматизации мелкосерийного и единичного произ-
водства. По сравнению с обычными универсальными станками, станки
с ЧПУ повышают производительность в 2...4 раза и более. При этом повы-
шается стабильность размеров, снижается брак, улучшаются условия
труда.
§20	. ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМ ЧПУ
Системы с различным числом потоков информации. Незамкнутой
называют систему ЧПУ с одним потоком информации, источником кото-
рой служит программа. Программа вводится с программоносителя в
считывающее устройство СУ (рис. 41, а) или вручную /с пульта опера-
тора ПО. Центральная часть систем ЧПУ - устройство управления УУ,
состоящее из устройства ввода УВ, устройства У/7, обрабатывающего
информацию для привода подач (содержащее, в частности, интерполя-

О)
б)
Рис. 41. Структурные схемы незамкнутой (а) и замкнутой (б) систем ЧПУ
тор, блок задания скорости), устройства связи с приводом УС. Источни-
ком движения в приводе служит шаговый электродвигатель ШД (с гидро-
усилителем или силовой). Перемещение рабочего органа исполнительного
механизма ИМ станка на заданное расстояние происходит с помощью
устройства, отсчитывающего соответствующее число импульсов (зави-
сящего от цены шага). Фактическое перемещение не контролируется,
что ограничивает точность работы и требует высокой надежности всех
устройств.
Замкнутая система ЧПУ содержит обратную связь (иногда не одну)
от станка к устройству управления. Обратная связь является вторым
потоком информации. Источником этой информации служит датчик
обратной связи ДОС (рис. 41, б), чаще всего датчик пути. Последний
определяет фактическое положение (или перемещение) рабочего орга-
на и направляет сигналы в блок сравнения БС. Первый поток информа-
ции (от программы) также поступает в этот блок. Фактическое положе-
ние (перемещение) сравнивается с заданным. В случае расхождения выра-
батывается сигнал для включения электродвигателя постоянного тока
ЭД в нужном направлении. Блок сравнения сопоставляет числа импуль-
сов, которые определены для отработки программой и получены от
датчика ДОС. Чем больше разница, тем больше скорость двигателя, уста-
навливаемая его системой регулирования СР. Когда числа импульсов
становятся равными, сигнал на выходе становится равным нулю — дви-
гатель останавливается.
Адаптивная система автоматического управления построена на ис-
пользовании обратной связи, характеризующей резание, для воздействия
на этот процесс и повышения эффективности обработки при изменяю-
щихся условиях.
Более просты адаптивные системы стабилизации, которые предназ-
начены для поддержания заданного значения силы резания или другого
параметра. Сила резания переменна из-за непостоянства твердости обра-
батываемого материала, припуска заготовки, постепенного затупления
инструмента. Уменьшение подачи, не допускающее возрастания £илы,
препятствует увеличению деформаций, а следовательно, снижению точ-
ности обработки. Увеличение подачи для поддержания уменьшающейся
силы резания позволяет повысить производительность обработки.
Для стабилизации силы резания за счет изменения скорости движе-
ния подачи в систему станок—приспособление—инструмент—заготовка
помимо датчика пути ДП (рис. 42, а) встроен еще один датчик обрат-
ной связи — датчик силы ДС. Сигналы от этого датчика о фактическом
значении силы резания поступают в блок сравнения силы 2>СС,.где со-
63

химизации
поставляется с заданным значением силы, поступившей из задающего
устройства ЗУ, На выходе БСС вырабатывается сигнал, который через
устройство управления увеличивает или уменьшает частоту импульсов,
посылаемых в блок сравнения пути Б СП. В результате скорость регули-
руемого привода РП изменяется таким образом, чтобы фактическое
значение силы сравнялось с заданным значением. Таким образом, станок
автоматически приспосабливается > (адаптируется) к изменяющимся
условиям обработки.
Более сложны адаптивные системы оптимизации. Их работа подчи-
нена выбранному критерию оптимальности - экономическому, точност-
ному или другому. Если выбран экономический критерий, то должен
быть обеспечен минимум приведенных затрат 77, причем П = C/Q, где
С — стоимость затрат (руб.) на съем некоторого объема Q материала
(см3/мин). Чем напряженнее режим обработки, т. е. чем выше скорость
резания v и подача S, тем больше объем материала, срезаемого в единицу
времени; растут и затраты (особенно на инструмент). Степень воз-
растания С и Q различна, поэтому существует минимум П (рис. 42, б);
Go пт ~ оптимальна, так как при меньшем или большем ее значении при-
веденные затраты возрастают. Соответственно существуют оптимальные
значения v и S (поиск их представляет значительную сложность).
Поведение системы станок — приспособление — инструмент — заго-
товка (рис. 42, в) при изменяющихся условиях обработки фиксируется
комплексом датчиков обратной связи. Датчик колебаний ДК позволяет
косвенно судить о шероховатости обработанной поверхности, а вместе
с датчиком температуры в зоне резания ДТ — об износе инструмента.
Датчик ДМ яъет информацию о крутящем моменте. Блок адаптации БА
обрабатывает данные, полученные от датчиков, и по определенной прог-
рамме ведет поиск оптимальных значений г0 и So.
Системы различного технологического назначения. Позиционные
системы ЧПУ (рис. 43, а) предназначены для перемещения рабочих ор-
ганов с позиции на позицию, т.е. из одной точки с координатами х0, Уо
рабочего пространства в другую точку с координатами xlf у19 причем
обработка ведется не в процессе перемещения, а лишь после остановки.
64

а позиционной; б — прямоугольной; в — контурной
В этих системах программируются отдельные точки. Одновременное дви-
жение по двум координатам не обязательно, но целесообразно для эконо-
мии времени. Точность траекторий движения не имеет значения. Ско-
рость движения — максимально возможная на большей части пути, мед-
ленная перед остановкой (для увеличения точности позиционирования).
Такие системы применяют в основном в сверлильных и расточных станках.
Прямоугольные системы ЧПУ (рис. 43, б) можно рассматривать
как разновидность позиционных систем. Прямоугольные системы пред-
назначены для программирования отрезков (xiZi - XiZ2, XiZ2 - x2z2
и т. д.), параллельных осям координат, т. е. для поочередной обработки
поверхностей, расположенных вдоль осей координат. Точность траекто-
рий движений зависит от прямолинейности хода рабочих органов станка.
Скорость движения определяется режимами обработки. Такие системы
применяют для обработки ступенчатых валов на токарных станках и изго-
товления деталей с прямоугольным контуром на фрезерных станках.
Контурные системы ЧПУ (рис. 43, в) обеспечивают заданную слож-
ную форму траектории относительного движения инструмента и заго-
товки и позволяют обрабатывать фасонные поверхности. Чтобы полу-
чить заданную форму, интерполяторы согласовывают одновременные
движения по разным координатам. Взаимосвязь движений в зависимости
от типа интерполятора обеспечивает перемещение между двумя точками,
заданными в программе, по прямой линии (в том числе, не параллельной
оси), дуге окружности или по другому закону.
Заданные точки с координатами Xi yif х2 у2 и т. д. называют опор-
ными. Они ограничивают участки контура в виде отрезков прямой или
дуг различных радиусов. Если профиль имеет более сложную форму,
например архимедовой спирали, его разбивают опорными точками на
ряд участков, каждый из которых приближенно заменяют (аппрокси-
мируют) отрезком прямой линии или дугой окружности. I
Траектория оси фрезы или центра радиуса закругления на вершине
резца не совпадает с заданным контуром, а является его эквидистан-
той (равноотстоящей линией). Это осложняет программирование (напри-
мер, эквидистанта архимедовой спирали не является архимедовой спи-
ралью). Современные системы ЧПУ позволяют задавать в программе
3 Маеров	65

Рис. 45. Обозначение движений инструмента и располо-
жение осей координат в станках с ЧПУ
Рис. 44. Примеры расположения осей координат в станках
с ЧПУ:
а - токарном; б - вертикально-сверлильном; в - горизон-
тально-расточном
контур изготовляемой детали и радиус фрезы (резца). Эквидистанта
рассчитывается автоматически, а периодическое изменение радиуса инст-
румента после повторной заточки отражается в виде коррекции, пре-
дусмотренной программой.
Универсальные системы ЧПУ могут попеременно работать в режиме
позиционной или контурной системы.
Система координат в станках с ЧПУ. Помимо трех основных декар-
товых координат, относительное положение инструмента и заготовки
характеризуют возможные дополнительные вращения и перемещения.
Так, четвертая координата может быть связана с поворотом стола, пя-
тая - с поворотом шпинделя, шестая — с дополнительным движением
шпиндельной бабки и т. д.
Обозначения координат (R84) установлены международным стан-
дартом ISO. За исходную ось Z принимают ось рабочего шпинделя, ось
X всегда горизонтальна. За положительное направление перемещения ра-
бочего органа считают то, при котором инструмент и заготовка удалают-
ся друг от друга. Если + X - движение инструмента, то движение обра-
батываемой заготовки в противоположном направлении обозначают
через + X1. На рис. 44 обозначены оси координат в различных станках.
В отличие от осей X, У, Z (первичных) параллельные им оси, распо-
ложенные дальше от шпинделя, называют вторичными и обозначают со-
ответственно U, V, И7. Через А, В, С обозначают вращение инструмента
вокруг осей X, У, Z (рис. 45).
66

§21	. ПОНЯТИЕ ОБ УСТРОЙСТВЕ БЛОКОВ
СИСТЕМ ЧПУ
Устройства задания и считывания программы. На программоноси-
тель информация переносится обычно в отдельной системе подготовки
программ с помощью перфоратора или записывающей магнитной голов-
ки. Системы, построенные по структуре ЭВМ (описаны далее), позво-
ляют вводить программу в их память целиком перед обработкой через
пульт оператора (рис. 76) или с перфоленты. После редактирования (от-
ладки и исправления) программу можно также вывести на перфоратор.
С программоносителя считывание производится считывающей маг-
нитной головкой или устройствами, распознающими отверстия на перфо-
ленте. Высокой скоростью считывания (до 300 строк в секунду) и надеж-
ностью обладают устройства фотоэлектрического типа (рис. 46). От
осветителя 1 свет направляется в сторону головки с девятью (по числу
дорожек) фотоэлементами 3, расположенными вдоль строки (поперек
перфоленты 2). В момент прохождения очередной строки свет попа-
дает лишь в те фотоэлементы, напротив которых в перфоленте есть от-
верстие. Освещенные фотоэлементы посылают сигналы через усилитель 4
в устройство ввода.
Датчики обратной связи. Чаще всего по обратной связи передается
информация о фактическом перемещении рабочего органа. Датчиком
перемещения называют устройство, в чувствительном элементе которого
при движении происходит изменение каких-либо физических параметров,
соответствующее перемещению.
Вращающийся трансформатор (резольвер) широко применяют в
качестве датчика. Он представляет собой микромашину, имеющую ста-
тор и ротор с обмотками. У статора две обмотки, расположенные взаимно
перпендикулярно (рис. 47, а) и питающиеся переменным током.
Если бы действовала только одна обмотка С1 статора, то создавае-
мый ею магнитный поток Ф1 возбуждал бы в неподвижной обмотке Р
ротора переменный ток, причем амплитуда (максимальное значение)
тока в обмотке Р зависела бы от угла а между обмотками, а фазы тока
в обмотках С1 иР были бы всегда однинаковыми.
Обмотки С1 и С2 получают питание со смещением по фазе на 90°,
т.е. на одной обмотке напряжен!
= U cos со t. Благодаря одновремен-
ному действию потоков Ф7 и Ф2
этих обмоток создается вращаю-
щийся магнитный поток Ф, кото-
рый оказывает максимальное воз-
действие на обмотку Р в момент
совпадения его направления с осью
обмотки Р.
Рис. 46. Схема фотоэлектрического уст-
ройства считывания
иг = C/sincoZ, а на другой U2 =
4
67

Момент максимума тока в обмотке Р (его фаза). зависит в этом
случае от угла а. Таким образом, по сдвигу фазы тока в обмотке Р можно
судить об изменении углового положения ротора.
Вращающийся трансформатор ВТ (рис. 47, б) получает питание от
генератора Г через блок питания статора ПС и является датчиком, на
выходе которого фиксируется фаза тока ^д, соответствующая фактичес-
кому положению рабочего органа РО. На выходе блока сравнения Б С
получается сигнал рассогласования е =	— <рд, где <р3 — фаза, соответ-
ствующая значению перемещения, заданному программой (ЗУ - задаю-
щее устройство). После усилителя УС сигнал рассогласования включает
приводной двигатель М в таком направлении, чтобы уменьшить рассог-
ласование и довести его до нуля.
Вращающийся трансформатор относится к аналоговым датчикам,
дающим непрерывные (недискретные) показания о перемещении. Ана-
логом перемещения является фаза напряжения. Чтобы блок сравнения
работал в аналоговой форме, необходимо заданную в программе дискрет-
ную величину также перевести в аналоговую форму. Цифроаналоговым
преобразователем служит задающее устройство ЗУ. В других случаях
производят аналого-цифровое преобразование сигнала обратной связи
и ведут сравнение в цифровой (дискретной) форме.
На рис. 47, б датчик (ВТ) соединен с ходовым винтом непосредствен-
но, что упрощает конструкцию, но дает косвенное представление о прямо-
линейном перемещении рабочего органа РО, например суппорта. Пока-
зания датчика не учитывают погреш-
ностей передачи винт - гайка. Так
как через каждый оборот ротора ВТ
его показания повторяются, для изме-
рения перемещения необходимо авто-
матически считать эти обороты. Иног-
да датчик имеет собственный при-
вод, например реечную передачу, при-
чем рейка соединена с рабочим орга-
ном РО, а реечное колесо — с датчи-
ком Д (рис. 48, а). Выбором диа-
метра	реечного колеса	или вве-
дением	дополнительных	понижаю-
щих передач можно добиться того,
Рис. 47. Вращающий-
ся трансформатор:
а - принципу дейст-
вия; б - структур-
ная схема связей с
системой
68

Рис. 48. Схемы приводов датчика	Рис. 49. Обмотки линейного индуктосина
чтобы ротор датчика делал один оборот на всей длине контролируемого
хода. Однако если большому перемещению рабочего органа соответст-
вует малое перемещение отсчетного звена, то точность отсчета невелика.
Чтобы получить высокую точность отсчета при большом ходе, соеди-
няют редукторами несколько датчиков. На схеме рис. 48,6 датчик обрат-
ной связи ДОС состоит из двух вращающихся трансформаторов ВТ1,
ВТ2 и зубчатых передач между ними. Трансформатор ВТ2 в пределах
поворота на 360° ведет отсчет на всей длине хода и выдает сигнал, напри-
мер, о пройденных целых миллиметрах. При подходе к заданному прог-
раммой миллиметру отключается ВТ2 и снимается сигнал с ВТ1, что
позволяет вести отсчет долей миллиметра.
Линейный индуктосин предназначен для непосредственного измере-
ния прямолинейного перемещения. Он состоит из неподвижной линейки 1
(рис. 49) и движка 2, связанного с подвижным узлом и расположенного
в плоскости, параллельной линейке (на левой проекции условно сдви-
нут вниз). На плоскость линейки, обращенную к движку, фотохимичес-
ким способом нанесена плоская токопроводящая обмотка, которая слу-
жит мерой с шагом 2 мм. На плоскость движка, обращенную к линейке,
нанесены две короткие обмотки. Расстояние между обмотками движка
некратно шагу (отличается на 1/4 шага). Принципы действия индукто-
сина и вращающегося трансформатора одинаковы. Обмотки движка
соответствуют обмоткам статора ВТ и создают бегущее магнитное поле.
Но если у вращающегося трансформатора одна часть (статор) создает
магнитное поле, а другая часть (ротор) осуществляет движение, то у
движка обе функции совмещены. В результате в обмотке линейки возни-
кает ток, фаза которого пропорциональна смещению движка относи-
тельно линейки. Сигнал с линейки направляется в блок сравнения.
Сельсин — своеобразный трансформатор, состоящий из статора и
ротора. Индуктивная связь между частями сельсина изменяется по мере
поворота ротора, что приводит к плавному изменению ЭДС, наведенной
в обмотках ротора. Часто сельсины работают парой, образуя ’’электри-
ческий вал”. Поворот одного из роторов такой пары (задающего сельси-
на) вызывает рассогласование в электрических цепях, которое устраняет-
ся после поворота другого ротора (отрабатывающего, следящего сельсина)
в ту же сторону, на тот же угол. Ответный поворот происходит в одних
69

схемах благодаря взаимодействию тока ротора с электромагнитным по-
лем статора следящего сельсина, в других схемах — от серводвигателя,
управляемого сигналом рассогласования. В таком виде сельсины при-
меняют для дистанционного управления, для предварительного набора
координат.	/
По точности сельсины уступают вращающимся трансформаторам.
Сельсин, даже наивысшего класса точности, может иметь погрешность,
достигающую 0,25°.
Блоки, обрабатывающие информацию в устройстве управления.
Для создания различных блоков используется элементная база устройств
ЧПУ. Устройство ввода, интерполятор, блок задания скорости и другие
блоки проделывают множество элементарных операций — арифметичес-
ких, логических и др.
Существует система элементов, являющаяся базой для построения
всех блоков ЧПУ. Например, у логического элемента ”НЕ” вход и вы-
ход имеют всегда противоположное состояние, т. е. при поступлении на
вход сигнала на выходе сигнал отсутствует, и наоборот. Другой логичес-
кий элемент ”И” выдает сигнал на выход, если на всех входах (и на
первом, и на втором, и т. д.) есть сигналы. При отсутствии сигнала хотя
бы на одном входе не будет сигнала на выходе. Такой элемент выпол-
няет операцию логического умножения (знак Л ) :
1 Л 1 = 1; 1 Л 0 = 0 Л 1 = 0.
Здесь сомножители показывают состояние входов, а произведение —
состояние выхода.
Более сложные элементы, не являясь механическим объединением
простейших элементов, могут выполнять комбинацию логических опе-
раций, например ”И—НЕ”. Используя такие элементы, создают триггеры,
которые являются ячейками памяти одного двоичного разряда. Триг-
гер имеет два устойчивых состояния, одно из которых соответствует
единице двоичного разряда, а другое — нулю. Из триггеров и других
ячеек составляют регистры, хранящие многоразрядные двоичные числа,
сумматоры, счетчики, шифраторы и дешифраторы (последние опознают
информацию). Названные устройства с узким назначением позволяют
строить такие функциональные части системы, как интерполятор (опи-
сан далее), или такие универсальные многофункциональные части систе-
мы, как процессор.
Наиболее совершенными являются устройства электронной вычис-
лительной и управляющей техники, основанные на использовании ин-
тегральных микросхем, в особенности больших интегральных схем (БИС).
Один большой кристалл содержит несколько десятков элементов с необ-
ходимыми электрическими связями между ними. Для микропроцессора
достаточно одного кристалла БИС. Интегральные схемы отличаются не
только малыми габаритами, но и высокой технологичностью, надежностью.
Интерполятор обеспечивает управление движением пр определенной
траектории между опорными точками, заданными в программе. Кроме
того, он преобразует кодированную геометрическую информацию в
70

последовательность импульсов (единичный или унитарный код) или
другую форму, которая может быть отработана приводом подач.
Пусть из достигнутой опорной точки Л (рис. 50, а) требуется перейти
по прямой в следующую опорную точку J5, заданную в абсолютной сис-
теме координатами хв, у в- Для этого находим приращения Дх = хв —хА
и &у = У в ~~ У А - Приращения выражаем числом дискрет (шагов) : Дх = 2
и &у = 5.
Простейший интерполятор — линейный кодовый преобразователь —
работает по принципу отбора импульсов со специального многоразряд-
ного счетчика. В этом случае из пачки импульсов, вырабатываемых гене-
ратором, например из тысячи импульсов, отбираются два импульса для
отработки по оси X и пять импульсов для отработки по оси У. Отобран-
ные импульсы достаточно равномерно распределяются в течение вре-
мени отработки заданного перемещения, т. е. импульсы по оси У сле-
дуют чаще, следовательно, скорость движения по этой оси выше. На
участках 1—2 и 3—4 совпала отработка импульсов по обеим осям, поэ-
тому результирующая траектория на этих участках наклонена под уг-
лом 45°.. Результатом является траектория А-1-2-3-4-В, приближаю-
щаяся к прямой АВ.
Наиболее распространенная интерполяция по методу оценочной
функции (рис. 50, б) предусматривает оценку положения каждой проме-
жуточной точки траектории. Принято, что, если точка находится на теоре-
тической прямой АВ или ниже ее, отрабатывается один следующий им-
Рис. 50. Схемы интерполяции (а, б) и упрощенная структурная схема интерполя-
тора (в)
71

пульс (шаг) по оси У. Если промежуточная точка находится выше пря-
мой АВ, следующий шаг отрабатывается по оси X. При условии раздель-
ного включения приводов траектория А-1-2-3-4-5-6-В наиболее
близка к прямой АВ,
Интерполятор (рис. 50, в) состоит из ряда регистров, отделы^ых
(непоказанных) логических элементов и других устройств. Из устройст-
ва ввода в буферные регистры БРХ и БРУ в двоичном коде поступают
значения координат очередной опорнрй точки х% и уд. Регистры-нако-
пители РНХ и РНУ отражают текущие абсолютные размеры, т. е. внача-
ле это хА и уА. Вычитание содержимого регистров-накопителей из за-
данных абсолютных значений позволяет получить приращения Дх и
Д Последние передаются в рабочие регистры РРХ и РРУ, а также в
регистры конца отработки кадра РКОКХ и РКОКУ (кадр - часть прог-
раммы, содержащая обычно информацию о переходе к следующей опор-
ной точке). В дальнейшем вычисляется оценочная функция, анализи-
руется результат, подается команда на отработку одного шага, например
по оси У, При этом единица прибавляется к числу в накопителе РНУ и
вычитается из числа в РКОКУ \ меняется также у.. Затем вычислительный
цикл повторяется, происходит перемещение еще на шаг и так до полу-
чения команды ’’Конец отработки кадра”. Кроме линейной, применяют
круговую, линейно-круговую или параболическую интерполяцию.
Принципы построения собственно устройств ЧПУ. Устройство ЧПУ,
разработанное по принципу цифровой модели, или агрегатное характе-
ризуется тем, что все логические и математические операции выполняются
электронными блоками, имеющими строго определенные функции и
связи, причем блоки могут работать параллельно. Позволяя легко ме-
нять цикл работы станка, такие устройства не приспособлены для изме-
нения собственного цикла работы. Устройство УП (см. рис. 41), обра-
батывающее информацию для привода подач, выполняет функции вы-
числителя и состоит из интерполятора и блока задания скорости.
Устройство ЧПУ, построенное по структуре ЭВМ, характеризуется уни-
версальностью блоков и программируемыми связями между ними,
причем все операции могут выполняться только последовательно через
центральное арифметическое устройство (АУ). Кроме АУ, в устройство
УП входят запоминающие устройства. Чтобы универсальное по назначе-
нию вычислительное устройство могло выполнять функции интерполя-
тора или блока задания скорости, его работа программируется через
устройство ввода или соответствующей организацией постоянной части
памяти в процессе изготовления системы. В обоих случаях сохраняется
возможность изменять или дополнять способы переработки информации,
совершенствовать систему, что является большим достоинством. Не-
достаток систем, построенных по структуре ЭВМ, состоит в ограничен-
ности частоты выдачи команд, что связано с последовательным характе-
ром выполнения всех операций.
В систему ЧПУ может быть встроена целиком мик^оЭВМ. Ее глав-
ной частью является микропроцессор, содержащий арифметико-логичес-
кое устройство. Многие системы построены на использовании одного
или нескольких отдельных микропроцессоров. Так, известны микро-
72

процессорные устройства ввода, которые позволяют подключить широ-
кий набор периферийных средств (фотоввод, дисплей, панель управления
и индикации, телетайп, перфоратор) .
Широкое внедрение микропроцессоров сделало возможным полный
ручной ввод управляющей программы, редактирование программы после
обработки первой заготовки, хранение ее в памяти и многократное ис-
пользование. При составлении программ необязателен выбор числа прохо-
дов и распределение припуска между проходами, это будет сделано авто-
матически. В память системы закладывают так называемые стандартные
циклы, например цикл сверления одного отверстия; в этом случае доста-
точно в основной управляющей программе предусмотреть адрес необхо-
димого стандартного цикла и характерные конкретные размеры. Управ-
ление, основанное на использовании таких устройств ЧПУ, называют
оперативным.
Вопросы для самопроверки
1.	Объяснить, каков принцип действия путевой системы управления и в чем
проявляется ее надежность?
2.	Чем отличается информация программы в системах ЧПУ и ЦПУ?
3.	Чем различаются совокупности импульсов, обеспечивающих различную
длину пути или различную скорость движения при поступлении в шаговый дви-
гатель?
4.	Сравнить позиционные и контурные системы ЧПУ.
5.	Для чего предназначены датчики и интерполяторы?
ГЛАВА 6.
ТРАНСПОРТНЫЕ И ЗАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
§22	. ТРАНСПОРТНЫЕ УСТРОЙСТВА
Транспортные устройства служат для перемещения обрабатываемых
заготовок от станка к станку в автоматической линии, а также для удале-
ния стружки от станка, для перемещения ее к месту погрузки. Некото-
рые транспортные устройства накапливают запас частично обработанных
заготовок.
Для транспортирования заготовок наиболее употребительны лотки
и конвейеры: роликовые, ленточные, цепные, вибрационные, шаговые.
Стружку чаще всего удаляют винтовыми (шнековыми) и скребковыми
конвейерами.
К устройствам для поворота заготовок относятся столы и другие
устройства для поворота вокруг вертикальной оси, барабаны для поворо-
та вокруг горизонтальной оси, кантователи для поворота вокруг нак-
лонной оси.
Лоткигскаты (рис. 51, а) и лотки-склизы (рис. 51, б) просты по
конструкции и особенно удобны для транспортирования роликов, шаров,
колец. По лоткам заготовки скатываются или соскальзывают под дейст-
73 ‘ %

н>------------
шпггттттггттлг
Рис. 51. Конвейеры
вием силы тяжести (самотечное транспортирование), т. е. устройство
гравитационного типа.
Роликовые конвейеры (рис. 51, в) — тоже гравитационного типа.
Их применяют, как правило, для перемещения тяжелых заготовок. Ро-
лики могут вращаться свободно или принудительно. Чтобы не допустить
большой скорости заготовок при самотечном движении, часть роликов
делают притормаживающими.
Ленточные конвейеры (рис. 51, г) пригодны для перемещения заго-
товок любой формы. Они просты по конструкции и бесшумны, но имеют
значительные габаритные размеры и малую долговечность ленты. Рабо-
чая поверхность может быть плоской или в виде желоба.
Цепные конвейеры (рис. 51, д) способны перемещать крупногабарит-
ные заготовки большой массы. На них недопустима высокая скорость
транспрртирования из-за возникновения динамических нагрузок, а изна-
шивание шарниров снижает долговечность. Гибкость цепей и возможность
соединения их звеньев с разнообразными грузозахватными элементами
(зажимами, крюками, емкостями, пластинами и тл.) делают универсаль-
ными этот вид транспорта, заготовки могут двигаться по сложным траек-
ториям. Конвейеры, поднимающие заготовки вертикально»или под боль-
шим углом к горизонту, называют элеваторами.
Вибрационные конвейеры (рис. 52, а) широко применяют для пере-
мещения преимущественно мелких заготовок. Они универсальны и надеж-
ны, перемещают заготовки по лотку даже с небольшим подъемом
(2...3°). Лоток 1 смонтирован на наклонных плоских пружинах Л При-
водом служит вибратор, состоящий из электромагнита 4 и якоря 2. При
74

a)
Рис.52. Схемы вибрационного (а) и шагового (б) конвейеров
включении электромагнита его сердечник притягивает якорь - лоток
сдвигается назад и вниз. Вертикальная составляющая силы инерции при-
жимает заготовку 5 к лотку, увеличивает силу трения между ними, пре-
пятствует сдвигу заготовки по лотку. При выключении магнита упругая
сила пружин возвращает лоток, он двигается вперед и вверх. При этом
вертикальная составляющая силы инерции действует навстречу силе
тяжести, ослабляет прижим заготовки к лотку или даже подбрасывает
ее. В результате заготовка проскальзывает вперед или совершает микро-
полет. Частота колебаний лотка обычно 50 Гц (может быть и другая).
Шаговые конвейеры (рис. 52, б) чаще всего представляют собой
конструкцию со штангами, особенно широко применяемую для пере-
мещения корпусов. Заготовки 1 лежат на направляющих планках 2.
Штанга 3 с храповыми собачками 4 периодически совершает возвратно-
поступательное продольное движение на шаг /. При ходе вправо заго-
товки передвигаются по направляющим собачками, которые не могут
повернуться против часовой стрелки из-за штифтов 6. При ходе влево
заготовки стоят и опускают собачки, которые поворачиваются по часовой
стрелке вокруг осей 5, проходят под заготовками, снова выскакивают
вверх под действием пружин 7 и захватывают очередную заготовку
§23	. УСТРОЙСТВА ПИТАНИЯ
СТАНКОВ-АВТОМАТОВ
Под питанием автомата понимают как подачу заготовок к рабочим
органам станка, закрепление заготовок, так и удаление готовых дета-
лей из рабочей зоны. Для бесперебойной работы автомата должен быть
определенный запас заготовок, которые находятся в накопителе. В авто-
матической линии в некоторых случаях целесообразны межоперацион-
ные накопители. Если в накопителе заготовки расположены хаотичес-
ки, требуется ориентирующее устройство. Чтобы множество заготовок,
ожидающих загрузки, не мешало манипулировать очередной заготовкой
(ориентировать, передавать рабочим органам и т. д.), вводят отсекатель,
отделяющий одну заготовку от последующих. Непосредственную переда-
чу заготовок к рабочим органам станка осуществляет питатель. Далее
заготовка может заталкиваться (например, в патрон), фиксироваться
упором. Затем следует зажим заготовки в шпинделе или на столе. Го-
товая деталь разжимается, при необходимости выталкивается и выво-
дится из рабочей зоны.
75

Толкатель, фиксирующий упор, зажимной механизм и часть пита-
теля обычно встраиваются в основные узЛы станка, например в шпин-
дельную бабку. Другие устройства питания составляют самостоятельные
узлы, нередко многофункциональные.
Накопители в наибольшей степени определяют особенности системы
питания в целом, ее состав. Для штучных заготовок применяют бункер-
ное или магазинное питание. В автоматических линиях возможна также
подача заготовок в рабочую зону непосредственно конвейером.
Бункера являются емкостями для накопления и выдачи неориенти-
рованных заготовок сравнительно небольших размеров. Составной частью
бункера должно быть ориентирующее устройство. От общего неупорядо-
ченного множества заготовки отделяются, а также частично или пол-
ностью ориентируются захватными органами, совершающими враща-
тельное, реже возвратно-поступательное движение. Для выполнения
своей функции захватные органы должны иметь определенную форму
и размеры. Например, их выполняют в виде крючков (рис. 53, а), шты-
рей, труб, вырезов различного профиля на дисках (рис. 53, б, в), щелей.
Захватное устройство, например дисковое, одновременно ворошит заго-
товки в бункере. Для увеличения запаса заготовок и облегчения воро-
шения бункер разделяют на два пространства: предбункер (основную
емкость) А и пространство Б выборки заготовок (см. рис. 53, а). За-
готовка, занявшая неправильное положение в захватном органе к момен-
ту выхода из бункера, часто неустойчива, она сваливается в общий мас-
76.

сив. В других случаях предусматривают сбрасыватели и виде вращающих-
ся или неподвижных скошенных ограничителей выходного пространства.
Если не предусмотрено полного ориентирования при захвате, то на вы-
ходе должно быть специальное устройство.
Вибрационный бункер (рис. 53, г) имеет чашу 2 со спиральным
лотком 5, установленную на наклонных подвесках-7. Вибратор сообщаем
чаше колебательное движение одновременно в двух направлениях —
по вертикали и вокруг оси чаши. Принципы действия вибрационного
бункера и вибрационного конвейера одинаковы. Центробежная сила,
действующая на заготовки при крутильных колебаниях, сдвигает их к
стенке на спиральный лоток, по которому они двигаются вверх.
Основной недостаток бункеров — возможность механического по-
вреждения поверхности заготовок. Ограничены форма и размеры заго-
товок, при которых допустимо- бункерное питание. Изогнутые или длин-
ные заготовки отличаются недостаточной взаимной подвижностью (сыпу-
честью) в бункере, что затрудняет их перемешивание и захват.
Магазины являются емкостями для накопления и выдачи ориентиро-
ванных заготовок. Обычно магазин заполняют вручную. Соотношение
запаса заготовок и продолжительности их обработки должно быть таким,
чтобы периодичность пополнения запаса была не менее 10...20 мин. В пре-
делах магазина заготовки перемещают так же, как и в конвейерах. Широ-
ко распространены лотки-склизы, лотки-скаты, вертикальные лотки
(рис. 54, а); заготовки в них расположены вплотную. При горйзонталь-
ном расположении лотка (трубы) весь ряд заготовок проталкивают
грузом, пружиной, пневмоцилиндром (рис. 54, б). Принудительное пере-
мещение осуществляется также в цепных, шаговых, дисковых (рис. 54, в)
магазинах. Существуют магазины с многорядной (штабельной) укладкой
заготовок (рис. 54, г), а также магазины, совершающие колебательные
движения. В автоматических линиях функции накопителей выполняют
транспортные устройства, но встречаются и специальные накопители.
Ориентирующие устройства придают заготовкам определенное поло-
жение при выдаче их из бункера. Для этого используют особенности
формы заготовок (наличие отверстия, головки, разницу размеров в
различных направлениях), несимметричное положение центра тяжести.
Захватным элементам бункера или специальным ориентирующим звеньям
Рис. 54. Магазины
77

придают соответствующую форму (крючка, щели, фасонного выреза —
см. рис. 53, б, в). Ориентирование выполняется в один или в два приема.
Различают пассивные и активные ориентирующие устройства: пас-
сивные устройства отделяют или пропускают те заготовки, которые
случайно при ворошении оказались в требуемом положении. Так дейст-
вуют крючки и вырезы в дисках. Активные устройства придают требуе-
мое положение каждой поступившей заготовке независимо от ее перво-
начального положения.
На рис. 55 показаны устройства, ориентирующие заготовки в вибра-
ционном бункере в два приема. Предварительное, пассивное ориентиро-
вание осуществляется при захвате — при движении заготовки по спираль-
ному лотку-полке (рис. 55. а). Если заготовка располагается коротким
уступом к стенке, центр ее тяжести находится за пределами полки —
заготовка сваливается в общий массив перемешиваемых заготовок.
Если с полки свешивается короткий уступ, то заготовка следует дальше.
Вторичное, активное ориентирование заготовки происходит на вы-
ходе из бункера (рис. 55, б). Если короткий уступ заготовки оказывает-
ся спереди, то она падает до того, как ее середина (пунктир) достигнет
перегиба полки — перевешивает тяжелая передняя часть. При этом за-
готовка не доходит до выступа В, который является продолжением полки
и отделен от нее промежутком, ширина которого равна половине длины
заготовки. Если короткий уступ заготовки оказывается сзади, то она
доходит до выступа, не упав, так как передняя половина ее не может
перевесить. Движение продолжается, задний край заготовки доходит
до перегиба полки, более тяжелая задняя часть заготовки перевеши-
вает, и, падая, заготовка, опирающаяся на выступ, переворачивается.
Отсекатели останавливают непрерывный поток заготовок из мага-
зина и пропускают их по одной (или по нескольку штук). Так, качаю-
щийся отсекатель (рис. 56, а) в левом (изображенном) положении про-
пускает нижнюю заготовку, удерживая штырем 1 остальные заготовки;
в правом положении штырь 1 отходит, канал перекрывается штырем 2,
до которого опускается весь ряд заготовок.
Питатели (рис. 56, б) обычно имеют захват для переноса заготовки.
Как и отсекатели, они совершают качательное, возвратно-поступатель-
Рис. 55. Ориентация в вибрационном бункере
78

Рис. 56. Отсекатель (а), питатель (б), делитель потока (в)
ное, вращательное или комбинированное движение. Часто питатель вы-
полняет функции отсекателя: при уходе захвата верхняя плоскость
(см. рис. 54, а) или наружная цилиндрическая поверхность (см. рис. 56, б)
перекрывает лоток.
Делители потока (рис. 56, в) применяют при питании нескольких
станков от общего накопителя. При прохождении заготовки из основ-
ного лотка 1 в левый канал 4 она воздействует на левое плечо флаж-
ка 2 и поворачивает его — следующая заготовка из основного лотка
может пройти только в правый канал 5, при этом флажок повернется
обратно.
§24	. АВТОМАТИЧЕСКИЕ МАНИПУЛЯТОРЫ
И ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ
Каждое из устройств питания автоматов манипулирует заготовкой
или деталью, совершая одно-два движения. Манипуляторы выполняют
несколько движений и предназначены для захвата и сложного простран-
ственного перемещения заготовок в процессе их автоматической загруз-
ки и деталей при выгрузке, в том числе для транспортирования и ориенти-
рования. Манипуляторы определенных типов в составе промышленных
роботов способны автоматически выполнять такие технологические
операции, как сборка, сварка, окраска.
Автооператар (многооперационный манипулятор, механическая ру-
ка) обслуживает определенный автомат (автоматическую линию) и вы-
полняет постоянно повторяющуюся последовательность действий, необ-
ходимых для установки заготовки и удаления готовой детали.
Рабочим орТаном автооператора является схват. Открытый схват
имеет, например, вид призмы, на которой свободно лежит загружаемый
79

(выгружаемый) вал или другое тело вращения. Такая конструкция
проста, но требует увеличенного времени разгона-торможения из-за инер-
ционных нагрузок, которые могут сдвинуть или даже скинуть заготовку.
Чаще всего используют закрытые схваты клещевого типа (рис. 57,
Универсален резинопневматический схват (рис. 57, б), в котором дав-
ление воздуха внутри резиновых пальцев меняется от низкого при охва-
тывании детали до повышенного при ее переносе.
Известны также вакуумные и магнитные схваты.
Применяют однозахватные (рис. 57, в) и двухзахватные (рис. 57, г)
автооператоры. Последний обеспечивает меньшее время загрузки-выгруз-
ки, так как один схват забирает готовую, деталь, другой — устанавливает
заготовку. Схваты расположены на руке или на поворотной головке
(рис. 58), связанной с рукой. Рука имеет несколько степеней свободы:
изменяется ее вылет, угловое положение, вместе со своим приводом она
может передвигаться прямолинейно по порталу (рис. 57, г) или по любой
из трех координат (рис. 57, в). Элементы автооператора чаще всего пере-
мещаются гидроцилиндрами непосредственно или через рычажные, рееч-
ные механизмы.
На рис. 58 показана последовательность работы (положения) схва-
тов автооператора,, обслуживающего встроенный в автоматическую ли-
нию центровой токарный автомат: на рис. 58, а — спуск поворотной
головки с захватами в рабочую зону (в левом захвате — заготовка);
на рис. 58, б — захват готовой детали; на рис. 58, в — поворот головки
для установки заготовки между центрами и их зажим; на рис. 58, г —
освобождение заготовки от схвата; на рис. 58, д — подъем головки (вы-
вод готовой детали из рабочей зоны), перемещение автооператора
в поперечном направлении от станка к конвейеру, поворот головки;
на рис. 58, е — подъем очередной заготовки к автооператору; на рис. 58,ж —
захват заготовки и освобождение готовой детали; на рис. 58, з — опус-
кание готовой детали на конвейер, перемещение автооператора от кон-
вейера к станку, автооператор готов к повторению цикла.
80

Рис. 58. Схема работы двухзахватного автооператора с поворотной головкой:
1 - заготовка; 2 - деталь
Промышленный робот (ПР) является автоматической машиной,
которая представляет собой совокупность манипулятора и устройства
программного управления, причем возможна замена управляющей прог-
раммы. Это позволяет менять состав и последовательность действий,
задавать сложные траектории движения схвата, останавливать захват
в любой точке рабочей зоны (или зоны обслуживания). В зависимости
от сочетания поступательных и вращательных движений частей подъем-
но-транспортных роботов их рабочая зона имеет прямоугольную, цилинд-
рическую (рис. 59, а, б) или сферическую форму. Соответственно ПР
может обслуживать группу станков с прямолинейным или круговым
расположением (рис. 59, в, г). Схваты ПР можно менять в зависимости
от формы и размеров заготовок.
Важнейшими характеристиками ПР являются его грузоподъемность
(наиболее употребительна 10... 160 кг) и число степеней подвижности,
равное сумме всех возможных движений захвата ПР (относительно непод-
вижного основания и без учета движения зажимных губок). Промыш-
ленные роботы могут быть стационарными (с неподвижным основанием)
и подвижными. Последние используются для межоперационного транс-
портирования и складирования и имеют подвесное или напольное конст-
руктивное исполнение. По степени специализации различают ПР специаль-
ные, специализированные и универсальные. Специальные ПР, обслужи-
вающее один станок (или автоматическую линию специального назначе-
ния) , снабжены чаще всего цикловой системой программного управления.
Групповые роботы имеют позиционную систему ЧПУ. Роботы для выпол-
нения сложных технологических процессов располагают контурной или
универсальной системой ЧПУ (системы программного управления описа-
ны в § 19, 20). Есть ПР с адаптивным управлениемч
81

Рис. 59. Прямоугольная (а), цилиндрическая (б) зоны обслуживания промышлен
ного робота и компоновки автоматических линий с ним (в, г) :
1,2,3- станки; 4,5 - подводящий и отводящий конвейеры; 6 - робот
Промышленный робот СМ40Ц4301 (рис. 60) применяют для обслу-
живания токарных полуавтоматов: он имеет грузоподъемность 40 кг и
пять степеней подвижности, а именно: поворот схвата 1 вместе с валом 2
на 180° вокруг оси Z (кантование) гидроцилиндром Ц2, перемещение
вдоль оси Z пиноли 3 гидроцилиндром ЦЗ, поворот пиноли 7 вместе с
пинолью 3 на угол до 90° вокруг оси X гидро цилиндром Ц4, перемеще-
ние пиноли 7 вдоль оси X гидро цилиндром Ц5, перемещение стола 16
с тарой гидро цилиндром Ц8. Ось X расположена вдоль оси центров стан-
ка. Поворотом вокруг оси X
достигается направленность схва-
та в сторону тары (вниз) или в
сторону центров (вбок). Губки
схвата раскрываются и закры-
ваются гидроцилиндром Ц1 че-
рез тягу 10. Пиноли 3 и 7 состав-
ляют руку ПР. Точность позици-
онирования (остановки в задан-
ной точке) 1 мм.
Ход штоков гидроцилин-
дров ЦЗ и Ц4 определяется
упорами поворотных блоков 14
и 75. Смену уцоров (пово-
рот блоков) производят соответ-
ственно гидроцилиндры Ц6 и
Ц7. Перемещение шуоков гидро-
Рис. 60. Кинематическая схема про-
мышленного робота СМ40Ц4301
82

цилиндров Ц2, ЦЗ, Ц4, Ц6 и Ц7 преобразуется во вращение реечными
передачами. Для поворота вала 2 используется также пара зубчатых
колес 9-8. Зубчатый сектор 11 связан с пинолью 7, а зубчатый венец
12 — с валом, проходящим внутри пиноли 7 и передающим движение
через зубчатые колеса 6—5, реечное колесо 4 на рейку пиноли 3. Пино-
ли 7 можно сообщить установочное перемещение вдоль оси X вручную
с помощью механизма 13. Робот может катиться вдоль станка по рель-
сам, на которых установлен и стол с тарой. Управляет роботом командо-
аппарат, который определяет последовательность движений (цикловое
программное управление). Скорость в конце хода плавно снижается
дросселями.
Промышленный робот МП-1 с позиционной системой ЧПУ наиболее
эффективно применяют при обслуживании автоматических линий с про-
граммным управлением. Он имеет грузоподъемность 15 кг и пять степе-
ней подвижности, точность позиционирования 4 мм.
Манипулятор робота состоит из платформы и механической руки,
привод — электромеханический (восемь электродвигателей). Платфор-
ма 1 (рис. 61, а) катится на колесах (не показаны) по двум направ-
ляющим, подвешенным над станками, и при остановке фиксируется
призмами на ловителях направляющих. Рука в месте соединения с плат-
формой может поворачиваться вокруг вертикальной оси, а отдельные
части ее способны поворачиваться в вертикальной плоскости вокруг
горизонтальных осей 2, 3 (локоть), 4 (поворот кисти). Схват целиком
вращается вокруг оси, проходящей между губками перпендикулярно
оси 4.
Механизмы поворота однотипны, каждый состоит из электродвига-
теля 2 (рис. 61, б), редуктора с зубчатыми цилиндрическими и червяч-
ной передачами. Тахогенератор 1 служит датчиком скорости, вращаю-
щийся трансформатор 3 — датчиком положения. Программоносителем
является постоянное запоминающее устройство, в которое записывается
информация о характерных точках положения звеньев и технологичес-
ких командах станкам. Для этого используется метод обучения: с по-
мощью пульта ручного управления схват робота последовательно выво-
дят в требуемые положения, которые запоминаются устройством ЧПУ.
Рис. 61. Манипулятор робота МП-1 (а) и кинематическая схема механизма поворо-
та руки (б)
83

Вопросы для самопроверки
1.	Объяснить принцип действия вибрационного транспортера.
2.	В каких случаях необходимо отдельное ориентирующее устройство и когда
оно называется активным?
3.	В чем принципиальная разница между автооператором и промышленным
роботом?
ГЛАВА 7.
НЕСУЩИЕ СИСТЕМЫ СТАНКОВ
И НАПРАВЛЯЮЩИЕ
§25	. НЕСУЩАЯ СИСТЕМА И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Несущей системой называют совокупность деталей станка, опреде-
ляющих взаимное расположение инструмента и заготовки и воспринимаю-
щих силы резания. Несущая система состоит главным образом из круп-
ных корпусных деталей. Если инструмент или заготовка закреплены на
шпинделе, то и он вместе с опорами входит в состав несущей системы
(в данной главе шпиндель не рассматривается).
Несущая система определяет компоновку станка, которая влияет
на его точность, возможность встраивания в автоматическую линию,
удобство обслуживания, особенности архитектоники. Большая протя-
женность элементов несущей системы сказывается на значениях изги-
бающих моментов, упругих и температурных деформаций. Наибольшей
жесткостью обладает несущая система в форме замкнутой рамы-портала
(рис. 62,а). Чаще всего несущая система имеет форму скобы (рис. 62,6,в).
Корпусные детали разделяют на три группы: детали типа брусьев —
горизонтальные станины, поперечины, балки, вертикальные стойки,
ползуны (рис. 63, а) ; детали типа пластин — столы, суппорты, планшайбы
(рис. 63, 6); детали типа коробок — корпуса шпиндельных бабок и коро-
бок передач, консоли. Узлы, образующие несущую систему, см. на рис. 62.
Из перечисленных деталей несущей системы лишь станина и балка
всегда неподвижны. Станина — самая крупная деталь станка, на которой
Рис. 62. Формы несущей системы станков:
а - продольно-фрезерного; б - токарного; в — вертикально-фрезерного; 1 — стани-
на; 2 - стойка; 3 — поперечина; 4 - балка; 5 - коробка передач; 6 - шпиндельная
бабка; 7— стол; 8 — суппорт; 9 — задняя бабка; 10 — консоль
84

Рис. 63. Детали несущей системы станка:
а - станина; б - стол (Перевернутый); в, г - примеры профилей станины
монтируются основные узлы. Чаще всего неподвижны и стойки. Шпин-
дельные бабки и коробки передач или неподвижны или крепятся к под-
вижным узлам. Поперечины, ползуны, суппорты, консоли передвигаются
прямолинейно в процессе резания или при наладке. Планшайбы относятся
к вращающимся частям. Столы бывают поворотными или движущи-
мися прямолинейно.
Узлы перемещаются по узким длинным (или кольцевым), как прави-
ло, плоским поверхностям, называемым направляющими. От направ-
ляющих в наибольшей степени зависит жесткость несущей системы, точ-
ность положения и перемещения узлов.
Корпусные детали в большинстве случаев имеют сложную конфигу-
рацию с перегородками и ребрами, платиками для присоединения дру-
гих деталей и узлов, окнами для монтажа внутренних механизмов и
окнами, необходимыми по условиям литейной технологии, нишами,
направляющими. Отдельные полости служат резервуарами для масла.
Прочность и жесткость в большой степени зависят от формы попереч-
ного сечения корпуса. Полностью замкнутый профиль наиболее эффекти-
вен, но редко применяется из эксплуатационных и технологических
соображений. Так, для отвода вниз стружки приходится разрывать про-
филь станиты сверху и снизу, что очень сильно снижает ее жесткость
(рис. 63, в). У литой станины профиль должен быть открыт хотя бы с
одной стороны для выбивания стержня, заложенного при формовке
(рис. 63, г). Ребра, соединяющие стенки, слабо влияют на изгиб станины
в вертикальной плоскости, но существенно увеличивают жесткость в го-
ризонтальной плоскости, особенно при П-образной форме или диагональ-
ном расположении ребер.
85

§26	. НАПРАВЛЯЮЩИЕ СТАНКОВ
Направляющими называют поверхности двух сопрягаемых корпусных
деталей, обеспечивающие движение одной детали относительно другой
по прямой или вращение. Форма направляющих в поперечном сечении
может быть: прямоугольной (рис. 64, а), треугольной (рис. 64, б), V-об-
разной (разновидность треугольной) (рис. 64, в), типа ласточкина хвоста
(рис. 64, г). Рассмотрим особенности отдельных форм. Прямоугольная
направляющая проста в изготовлении, что также важно для достижения
точности ее движения. Направляющая типа ласточкина хвоста наиболее
сложна в изготовлении, но позволяет воспринимать опрокидывающие
моменты. Если нижняя горизонтальная направляющая любой формы
выпуклая, то на ней плохо удерживается смазочный материал, но не
задерживается и попавшая стружка; если та же направляющая углуб-
лена, то она может быть заполнена смазочным материалом, но при недос-
таточной защите скапливает стружку и грязь. Часто применяют комби-
нированные направляющие, например треугольную и плоскую (рис. 65).
У треугольной горизонтальной направляющей зазор уменьшается под
действием силы тяжести (рис. 65, а). Для предотвращения отрыва верх-
него узла при действии опрокидывающих моментов направляющие долж-
ны быть замкнутыми (рис. 65, б) .
Зазоры в направляющих регулируют пригонкой сопрягающихся дета-
лей или специально вставленных планок, а также прижимными винтами
и клиньями (рис. 66).
Помимо направляющих, выполненных за одно целое с корпусом,
делают из стали, а иногда из пластмассы накладные направляющие.
Последние делают в виде планок и привертывают или приклеивают
к корпусу.
В зависимости от вида смазки иди трения между сопряженными
поверхностями различают направляющие с полужидкостной или жид-
костной смазкой, направляющие качения (особенности см. в § 7).
Направляющие качения во многих случаях по конструкции и фор-
ме близки к направляющим скольжения и отличаются от них тем, что
грани подвижного и неподвижного корпусов разделены рядами роликов
(рис. 67, а). Шарики в направляющих станков применяют редко. Обычно
Рис. 64. Формы направляющих
Рис. 65. Незамкнутые (а) и замкнутые (б)
направляющие

86

Рис. 66. Устройство для регулирования зазоров
клином
в каждом ряду оси роликов параллельны.
Однако в направляющих на рис. 67, в в
каждом ряду оси соседних роликов пере-
крещиваются; сепаратор, разделяющий ро-
лики, представляет собой цепь (рис. 67, г).
Предварительный натяг регулируют винта-
ми 1 (рис.67,б),клином 1 (рис.67,в). Перед
регулированием крепление направляющих
планок 2 ослабляют, после него — зажимают.
При большой длине хода все шире применяют направляющие с
роликовыми опорами (’’танкетки”), одна из которых показана на
рис. 67, д. Корпус у них 1 привернут к верхней подвижной детали (к са-
лазкам) 2 винтами 7. Вертикальные силы, действующие на салазки,
через корпус 1 и нижние ролики 5 замыкаются на стальную накладную
направляющую 4. Цапфы на концах роликов входят в выточки обойм 3
Рис. 67. Направляющие качения:
а — незамкнутые; б, в — замкнутые; г — крестовая роликовая цепь; д — роликовая
опора
87

Рис. 68. Расположение карманов гидро-
статических направляющих:
а - в поперечном сечении; б - по длине
и 6, охватывающих корпус 1 по длине и прикрепленных к нему. Обой-
мы удерживают ролики от выпадения на закругленных концах корпуса.
При движении салазок ролики циркулируют по замкнутому контуру
вокруг корпуса.
Так как большие скорости у поступательно-движущихся узлов ред-
ки, то среди направляющих с жидкостной смазкой преобладают гидро-
статические направляющие (рис. 68). Для них характерны карманы,
выполненные на поверхностях подвижного корпуса. Карманы 1 и 2 обес-
печивают восприятие основных нагрузок, направленных вниз. Карман 4
служит для восприятия отрывающих сил (замкнутые направляющие).
Карманы 3 и 5 действуют в горизонтальной плоскости. В большинстве
случаев карманы имеют вид продольных масляных канавок.
Вопросы для самопроверки
1.	Что входит в состав несущей системы станка?
2.	Что такое направляющие?
3.	По каким признакам классифицируют направляющие?
РАЗДЕЛ 2
УСТРОЙСТВО МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ
И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ.
ВОПРОСЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ГЛАВА 8.
ТОКАРНЫЕ СТАНКИ
§27. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Токарные станки предназначены для обработки резцами наружных
и внутренних цилиндрических, конических, фасонных и торцовых по-
верхностей тел вращения, для нарезания резьб резцами, метчиками, плаш-
ками и другими инструментами, для сверления, зенкерования и развер-
тывания отверстий, для накатывания и т. д.	f
Токарные станки являются наиболее распростаненными из металло-
режущих станков. Среди них преобладают универсальные то кар но-винто-
резные станки, применяемые в единичном и серийном производстве.
88

Из универсальных выделяют также токарные станки (без ходового вин-
та) . На них выполняют все перечисленные виды работ, кроме нарезания
резьбы резцами. Выпускают также специализированные станки, например
для обработки труб, и специальные, например для обработки определен-
ной детали автомобиля в условиях массового производства.
Токарные станки характеризуются двумя основными параметра-
ми: наибольшим диаметром обрабатываемой заготовки над станиной
(100...5000 мм) и наибольшей Длиной заготовки (125—24 000 мм).
К группе токарных станков относятся также револьверные и кару-
сельные станки (см. гл. 9). Токарно-револьверные станки удобны для
изготовления мелких деталей из прутка, а также для обработки в патро-
не; они позволяют резать одновременно несколькими инструментами
и быстро переходить от обработки одним инструментом к другому.
Токарно-карусельные станки позволяют обтачивать крупные детали, у ко-
торых радиальные размеры больше размеров вдоль оси. К отдельным
типам относятся одно- и многошпиндельные токарные автоматы и полу-
автоматы.
Во всех токарных станках главным движением, является вращение
заготовки со шпинделем. Движения подачи и углубления, установочные
перемещения (как правило, все они прямолинейны) сообщаются ин-
струментам.
§ 28. ТОКАРНО-ВИНТОРЕЗНВ1Й СТАНОК
16К20
Станок 16К20 — универсальный, предназначен для выполнения раз-
нообразных токарных и резьбонарезных работ. В частности, можно наре-
зать наружные и внутренние, цилиндрические и конические резьбы с раз-
личным профилем и шагом (метрические, дюймовые, модульные, питче-
вые, специальные), с различным числом заходов, используя различные
инструменты (резцы, резьбовые гребенки, метчики, плашки).
Станок 16К20 служит базой для выпуска станков 16К20П (повы-
шенной точности), 16К20ФЗ (с ЧПУ) и др.
Техническая характеристика
Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки
над станиной, мм.................................... 400
Наибольшая длина обрабатываемой заготовки, мм....... 710, 1000, 1400
2000
Частота в ращения шпинделя, мин"1................... 12,5 -16 00
Число частот вращения шпинделя...................... 22
Подача, мм/об:
продольная.......................................... 0,05-2,8
поперечная..................................... 0,025-1,4
Шаг нарезаемых метрических резьб, мм................ 0,5 -112
Основные узлы и движения. Передняя бабка 1 (рис. 69) включает
в себя шпиндель с опорами и механизмы коробки скоростей, предназна-
ченные для изменения частоты и направления вращения шпинделя с
89

Рис. 69. Токарно-винторезный станок 16К20
заготовкой, а также для их торможения. Задняя бабка 2 поддерживает
заготовку при работе в центрах и служит для закрепления инструментов,
обрабатывающих отверстия, например сверл. При изменении длины
заготовки заднюю бабку передвигают по направляющим.
Суппорт 3 несет резцедержатель с резцом и сообщает ему относи-
тельно оси заготовки продольное и поперечное движения в горизонталь-
ной плоскости. Фартук 4 служит для передачи движений суппорту в
продольном (от ходового винта 5 или ходового вала 6) и поперечном
направлениях. Коробка подач 8 предназначена для регулирования подачи
и включения ходового винта.
На станине 7 смонтированы основные узлы станка: к ней привернуты
передняя бабка и коробка подач, на одних ее направляющих закрепляется
задняя бабка, по другим — перемещается каретка суппорта с подвешен-
ным фартуком.
При всех видах обработки на токарном станке главным движением
является вращение шпинделя с заготовкой. При обтачивании цилиндра
резец с кареткой суппорта совершает движение продольной подачи, а с
салазками суппорта резец периодически углубляется в заготовку в попе-
речном направлении. При подрезании торцовой поверхности поперечное
движение становится движением непрерывной подачи, а продольное дви-
жение служит для периодического углубления. При резьбонарезании глав-
ное движение и движение продольной подачи составляют сложное формо-
образующее движение.
Кинематическая структура (рис. 70). Привод главное? движения
содержит асинхронный электродвигатель Ml, клиноременную передачу
ф 140/ф 268 и коробку скоростей. С вала I на вал II движение передает-
ся через двойной передвижной блок зубчатых колес (передачи 56/34
90

40
Рис. 70. Кинематическая схема токарно-винторезного станка 16К20

или 51/39} при включении фрикционной муфты влево (прямое враще-
ние шпинделя) или через передачи 50/24 и 36/38 при включении муфты
вправо (обратное вращение шпинделя). Следовательно, муфта АЛ служит
для реверсирования шпинделя, причем при обратном вращении получается
вдвое меньше скоростей.
Тройной передвижной блок колес позволяет включить между вала-
ми II и III одну из трех передач: 29/47, 21/55, 38/38. При включенном пе-
реборе двойной блок на шпинделе находится в крайнем правом положе-
нии, изображенном на схеме. Тогда вал III с валом IV связаны переда-
чей 15/60 или 45/45. Затем следуют передачи 18/72 и 30/60. Всего на
шпинделе VI через перебор получаются 12 нижних ступеней частот пря-
мого вращения. При выключенном переборе блок колес 48-60 сдвигает-
ся влево и зацепляется с одним из двух колес на правом конце вала III
(работают передачи 60/48 или 30/60}. При этом возможны 12 верхних
ступеней скорости, но две из них имеют те же значения, что и полученные
через перебор. Тормоз Т на валу III ^блокирован с муфтой : он вклю-
чается при среднем (нейтральном) положении муфты.
Уравнение кинематического баланса цепи главного движения при
минимальной частоте вращения имеет вид
^min 1460
140 1
268
51
39
21____15
55	60
18	30
72 60
12,5 мин \
Привод подач обеспечивает движение суппорта. Так как подачу задают
в миллиметрах перемещения на оборот шпинделя, то привод подач начи-
нается от шпиндельной (передней) бабки и содержит звено увеличения
шага (блок 60-45 на валу VII), механизм реверсирования (между вала-
ми VII и VIII), гитару сменных колес a-b-c-d, коробку подач (валы
IX... XVI), механизмы фартука.
При правом (как на схеме) положении блока 60/45 передаточная вели-
чина между шпинделем и валом VII равна единице (передача 60/60}. При
левом положении блока его колесо 45 зацепляется с колесом 45 вала
III. Тогда та же передаточная величина зависит от положения блоков на
шпинделе и на валу IV; например, в положении, изображенном на схеме,
60	72	60	45	„
она равна ------ ---------------- =32. Следовательно, при включении
н 30	18	15	45	г
звена увеличения шаг нарезаемой резьбы (или подача) увеличивается
до 32 раз.
В левом положении колеса 45 на валу VIII оно сцепляется непосред-
ственно с колесом 30 на валу VII. В правом положении между ними
действует паразитное колесо 25, поэтому направление вращенця вала
VIII различно, при переключении происходит реверсирование движе-
ния подачи.
Для нарезания резьб со специальным шагом или высокоточных рас-
считывают числа зубьев сменных колес a, b, с, d. При обработке стан-
дартных метрических и дюймовых резьб и при работе с ходбвым валом
в гитару устанавливают колеса с числом зубьев а = 40, b = 86 (паразит-
ное колесо), d = 64; при обработке модульных и питчевых резьб а = 60,
Z? = 73, с = 86, d = 36.
92

В большинстве случаев зубчатая муфта М/’выключена, и'движение
передается с вала IX через передачу 28/28, При нарезании метрических
и модульных резьб и работе с ходовым валом муфты М3 и включе-
ны — блок колес 28-38 соединен с валом X, вал XI получает движение
через один из двойных скользящих блоков 28-35 или 25-30 и передает
вращение валу XII через муфту ,
При нарезании дюймовых и питчевых резьб муфты М3 и выклю-
чены, колесо 34 вала XI соединено с колесом 38 блока на валуХ, а колесо
30 вала X — с колесом 33 вала XII. Движение через блок 28-38 передает-
ся сначала на вал XI, затем через блок 28-35 или 25-30 — снова на вал X
и через передачу 30/33 — на вал XII.
Множительный механизм, связывающий валы XII, XIII, XIV, умно-
жает число подач в 4 раза (с колесом 35 на валу XIII могут зацепляться
и нижний и верхний блоки). Муфта М5 напрямую связывает вал XIV с
ходовым винтом XVII, который используется при нарезании резьб. При
выключенной муфте М$ вращение передается через передачи 23/40 и
24/39, муфту обгона М6 и передачу 28/35 ходовому валу XVIII, который
используется при точении. Муфта обгона М6 разъединяет коробку подач
и ходовой вал при быстром его вращении на холостом ходу от двига-
телям?.
Колесо 30 на ходовом валу входит в состав фартука и передает дви-
жение через два паразитных колеса 32, колесо 30 вала XIX, предохрани-
тельную муфту М7, червячную передачу 4/21 на колесо 36 вала XX. С
этим колесом сцеплены колеса 41 привода продольной подачи и колеса 36
привода поперечной подачи. В зависимости от направления подачи вклю-
чают муфту М8 или Мд (Miо или Мп). При этом получает вращение
одно из колес 17 продольного привода (в поперечном приводе — одно
из колес 34). Колеса 17 и 34 связаны с колесами на валу XXIII. Колесо 66
через этот вал передает движение реечному колесу 10. Рейка с т = 3 мм
закреплена на станине, поэтому колесо 10, вращаясь, перекатывается
по рейке, сообщая продольную подачу каретке суппорта.
Колесо 55 вращается относительно вала XXIII, оно через колесо 29
на валу XX VI передает движение колесу 16 на ходовом винте XXVII
поперечной подачи или колесу 18 на валу XXVIII механического приво-
да резцовых салазок (в станке 16К20 такой привод предусмотрен по
особому заказу).
При перегрузке червячное колесо 21 на валу XX останавливается.
Червяк 4, продолжая поворачиваться, ввинчивается в зубья колеса, сдви-
гается вдоль своей оси вправо, преодолевая пружину, выключает муф-
ту М7 и удерживается в таком положении фиксатором Ф.
Реечное колесо 10 включают-выключают, сдвигая’’его вместе с ва-
лом XXIII вдоль оси рукояткой Р2. Ручное перемещение продольной
каретки осуществляют маховиком Р1, поперечных салазок — рукоят-
кой РЗ, резцовых салазок - рукояткой Р4, пиноли задней бабки - ма-
ховиком Р5.
Условием настройки цепи подачи токарного станка являются сле-
дующие расчетные перемещения:
93

1 об. шпинделя -> S мм перемещения суппорта,
где S — заданная подача (мм/об).
Уравнение кинематического баланса цепи продольной подачи (при
положении блока 60—45 на валу VII, как показано на схеме) в общем
виде
30 32 32 4	36 17 q in=Q
32 32 30 21 41 66 U “РОД’
где я-3 -10 — длина делительной окружности реечного колеса. Минималь-
ная продольная подача получается при верхних передаточных величинах,
из тех, которые заключены в рамки: 5прод min = °-,05 мм/об.
Уравнение кинематического баланса цепи максимальной попереч-
ной подачи (при том же положении звена увеличения шага)
60 30 25
dnonmin 1 60	25	45
40	86	28	42	28	35	23	24	28
86	64	28	30	35	28	40	39	35
X
30	32	32 4	36	34 55	29
32	32	30 21	36	55 29	16
5 = 0,35 мм/об.
Винторезная цепь является цепью согласования вращения шпинделя
и продольного перемещения суппорта по ходовому винту (шагР = 12 мм).
Она обеспечивает создание сложного формообразующего движения с
траекторией в виде винтовой линии. Во всех случаях винторезную цепь
настраивают исходя из расчетных перемещений:
1 об. шпинделя -* Рд мм продольного перемещения суппорта,
где Рд — шаг (для многозаходной резьбы — ход) резьбы на детали.
Уравнение кинематического баланса винторезной цепи для нарезания
метрической резьбы с минимальным шагом
60 30 25 40 86 28 28 18 15 Q
метр min 60 25 45 86	64 28	35	45 48	’ ММ‘
Для нарезания резьбы повышенной точности или с нестандартным ,
шагом включают муфты М2 и М5 и устанавливают блок 28-48 на ва-
лу XIV в нейтральное положение. Тогда передачи коробки подач выклю-
чаются из цепи согласования. Расчет для настройки ведут по формуле,
полученной из уравнения кинематического баланса:
I 60 30 25	J?__£_	io = р . • -	а	с	= Рд
60 25 45	b	d Д’ *Р	b	d 8	’
Конструкция узлов. В шпиндельную (переднюю) бабку (рис. 71)
входит почти весь привод главного движения, начиная от ведомого шки-
94

Рис. 71. Шпиндельная бабка (развертка) станка 16К20
ва 12 клиноременной передачи. Взаимодействие зубчатых колес объяс-
нено при описании кинематической схемы. Шпиндель 5 и все валы уста-
новлены на опорах качения. В передней опоре шпинделя находится ра-
диальный двухрядный роликовый подшипник 4, в котором предваритель-
ный натяг создается благодаря посадке внутреннего кольца на коничес-
кую шейку шпинделя. Если надвигать гайкой кольцо на конус, то оно
расширяется и давит на ролики. В задней опоре шпинделя установлены
два радиально-упорных шарикоподшипника 10, воспринимающих радиаль-
ные и осевые нагрузки; предварительный. натяг регулируют гайкой 11,
95

Рис. 72. Суппорт станка 16К20

стягивающей внутренние кольца. Валы /7...V коробки «скоростш смон-
тированы на конических роликоподшипниках, что удобно для сборки
и разборки; предварительный натяг регулируют нажимными винтами 3.
Так как валы III и IV - длинные, у них предусмотрена средняя опора.
В левой части фрикционной муфты 13, реверсирующей движение
шпинделя, находится большее число дисков, так как при прямом направ-
лении вращения требуются большие крутящие моменты. Особенностью'
блоков зубчатых колес являются клеевые соединения венцов со ступи-
цами. Ступица колеса z = 60 на валу III является диском ленточного
тормоза; тяга 2 механизма управления, устанавливая муфту в нейтраль-
ное положение, включает тормоз (нажимом на ролик 7). Маховиками
и рукоятками 6... 9 переключают блоки колес.
Суппорт (рис. 72) составлен из плоских корпусных деталей, лежа-
щих одна на другой. Снизу продольная каретка 12 сопрягается со стани-
ной по комбинированным направляющим: спереди — призматическая,
сзади — плоская. От опрокидывания суппорт удерживается планками 77.
На каретке лежат поперечные салазки 7, выше — поворотная плита 6
и резцовые салазки 5. Салазки могут перемещаться по направляющим
типа ласточкина хвоста. Все направляющие — скольжения, зазоры в них
регулируются либо клиньями 25, как у салазок 5, либо пригонкой пла-
нок 77, как у каретки.
Винт 13 поперечной подачи надставлен полым приводным валом 27,
через который движение поступает с зубчатого колеса 19 или от рукоят-
ки 24. Радиальными опорами являются подшипники скольжения 18, 22
и поддержка 10, осевыми опорами — упорные шарикоподшипники 23 и
20. Зазор между винтом 13 и гайкой 7 7 регулируют, натягивая невращаю-
щуюся дополнительную гайку 16 регулировочной гайкой 75 (гайка 14 —
для стопорения).
Четырехпозиционный резцедержатель зажат на конической оси 4.
Для смены позиции рукоятку 3 с колпаком 2 поворачивают па пол-
оборота против часовой стрелки. При этом колпак свинчивается с резь-
бового конца оси, разжимая резцедержатель, затем через фрикционные
полукольца 7 увлекает резцовую головку 26, переводит фиксатор 9 в
очередное гнездо. При возврате рукоятки головка удерживается фикса-
тором и зажимается на конусе колпаком. Задний разцедержатель 8 постав-
ляют по особому заказу и используют дая прорезания канавок.
§29. НАЛАДКА ТОКАРНОГО СТАНКА
И ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
Наладка станка состоит в подготовке его к выполнению заданной
технологической операции. При наладке устанавливают приспособления,
необходимые для крепления обрабатываемой заготовки и режущего
инструмента, перемещают узлы в исходное положение, настраивают
станок на определенные параметры движений (траекторию, скорость,
• направление, путь), регулируют подвод смазочно-охлаждающей жидкос-
ти и т. д. При настройке устанавливают рукоятки коробок передач и
4 Маеров
97

переключатели в требуемое положение по указателям, сменные колеса
и кулачки — в соответствии с расчетами или таблицами.
Приспособления. Для установки заготовок в зависимости от их раз-
меров и формы применяют центры, патроны, планшайбы, оправки. В
центрах (рис. 73, а} обрабатывают длинные заготовки типа валов или
заготовки, насаженные на оправки. Задний центр может быть невращаю-
щимся, той же конструкции, что и передний центр 8, или вращающимся 6.
Оправки бывают цилиндрические, конусные и разжимные. Последняя
состоит из втулки 7 с прорезями, которую натягивают на конус стержня 4
гайкой 5. Втулка разжимается и закрепляет надетую на нее заготовку.
Для освобождения готовой детали служит гайка 3. Крутящий момент
передается со шпинделя на оправку через поводковый патрон 1 и хомутик
2. Длинные, нежесткие заготовки поддерживаются люнетом — неподвиж-
ным (рис. 73, б), установленным на станине, или подвижным, закреплен-
ным на суппорте.
В патронах закрепляют сравнительно короткие заготовки. Чаще всего
применяют трехкулачковые самоцентрирующие патроны с одновременно
сдвигающимися кулачками (рис. 73, в). Несимметричные заготовки
выставляют в четырехкулачковом патроне, где каждый кулачок пере-
мещается независимо( от другого. Крупные, а также несимметричные
заготовки закрепляют на планшайбе (рис. 73, г) с помощью болтов,
прихватов и других приспособлений. Для прутков используют цанговые
патроны.
Инструменты закрепляют в резцедержателях суппорта (резцы) или
в пиноли задней бабки (сверла и другие центровые инструменты).
98

Способы обтачивания конусов бывают различными. Обтачивание
конусов широким резцом 1 (рис. 74, а), установленным с помощью
шаблона, возможно для конусов небольшой длины (в частности, фаски),
так как длина режущей кромки должна быть несколько больше длины
образующей конуса. Резец может углубляться в продольном или попе-
речном направлении.
Обтачивание перемещением резцовых салазок (рис. 74,6) применяют
для обработки точных наружных и внутренних конических поверхнос-
тей, длина которых не превышает хода этих салазок. При наладке уста-
навливают по круговой шкале 2 поворотную плиту суппорта с резцовы-
ми салазками 1 под углом а , равным половине угла конуса. Если конус
задан линейными размерами (D и d — больший и меньший диаметры, мм;
.	ч	D~d
I - длина, мм), то tg а = ——--.
Обтачивание со смещенным центром задней бабки (рис. 74, в) ведут,
сообщая суппорту движение продольной подачи. При наладке задний
центр смещают на величину /г, чтобы угол а между направлением движе-
99

ния суппорта и линией центров был равен половине угла конуса. Тогда
образующая конуса со стороны резца оказывается параллельной направ-
лению движения суппорта. Смещение зависит от длины детали L, причем
h = L sin а . Достоинство способа состоит в возможности обработки
длинных заготовок, недостаток — ограниченность угла конуса и невысо-
кая точность обработки из-за перекоса центровых отверстий заготовки
относительно центров.
Обтачивание с помощью конусной линейки (рис. 74, г) ведут, уста-
новив ее корпус 9 на поперечные салазки суппорта сзади и связав непод-
вижную часть линейки 3 с кронштейном 7 на станине тягой 6. С помощью
винта 4 и шкалы 5 при наладке устанавливают угол а наклона поворот-
ной линейки 1. Ползушка 2, охватывающая линейку, шарнирно соедине-
на с салазками 8. При продольном перемещении каретки суппорта пол-
зушка 2, скользя по наклонной линейке 7, сдвигает салазки 8 на величи-
ну, соответствующую конусности. Одновременные продольное и попе-
речное перемещения резца соответственно с подачами 5прод и ^поп С03"
дают сложное формообразующее движение вдоль образующей конуса.
Наладка на нарезание резьбы резцом. Фасонные резьбовые резцы уста-
навливают определенным образом относительно оси центров с учетом
угла подъема нарезаемой резьбы. Настраивают цепь главного движения,
винторезную цепь.
При обработке стандартных резьб одного вида, например метричес-
ких, для наладки на другой шаг достаточно переключить рукоятки в
соответствии с таблицей на станке или в руководстве.
Особенности наладки на нарезание многозаходной резьбы. Шаг одно-
заходной резьбы Рд — расстояние между соседними одноименными про-
филями вдоль оси — совпадает с шагом винтовой линии резьбы. У много-
заходной резьбы шаг винтовой линии называют ходом резьбы он
равен произведению шага резьбы на число заходов k: Ph = кР^.
Винторезную цепь настравивают на ход резьбы.
Для перехода от обработки одного витка (захода) к обработке
соседнего, т. е. для деления, необходимо при неподвижном изделии пере-
местить резец вдоль оси на шаг резьбы Рд = Р^/к. Для этого сдвигают
резцовые салазки.
Чаще деление осуществляют поворотом изделия при неподвижном
резце. Для этого расцепляют винторезную цепь и поворачивают шпиндель
на часть оборота, равную 1/к. Существуют также поводковые делитель-
ные патроны, позволяющие повернуть изделие относительно шпинделя.
§30. ТОКАРНЫЙ ПАТРОННО-ЦЕНТРОВОЙ СТАНОК
16К20ФЗ С ЧПУ
Станок предназначен для токарной обработки наружный и внутрен-
них поверхностей деталей со ступенчатым и криволинейным профилем
в осевом сечении при полуавтоматическом цикле, заданном программой
на перфоленте.
100

г	Техническая характеристика
Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки
над станиной, мм........................................... 500
Наибольшая длина обрабатываемой заготовки, мм............. 1000
Число частот вращения шпинделя,............................ 22
в том числе автоматически переключаемых................. 9
Для станка с системой ЧПУ Н22-1М:
скорость движения продольной подачи, мм/мин.........3-1200
скорость быстрых продольных ходов, мм/мин........... 4800
дискретность продольных перемещений, мм............. 0,01
дискретность и скорости поперечных перемещений......в 2 раза
меньше, чем
продольных
Станок 16К20ФЗ сконструирован на базе станка 16К20, поэтому ком-
поновка, составные части и движения у этих станков одинаковы. Во мно-
гом унифицирована также конструкция. Особенностью станка является
шестипозиционный резцедержатель с горизонтальной осью поворота и
съемной инструментальной головкой.
Кинематическая структура (рис. 75,а). Главное движение сообщает-
ся шпинделю VIII. Источником движения служит электродвигатель Ml.
Автоматическая коробка скоростей (АКС) с электромагнитными муф-
тами М}...Мв обеспечивает автоматическое переключение частоты враще-
ния в диапазоне, равном 16 (отношение максимальной частоты вращения
к минимальной). Коробка связана с двигателем и со шпиндельной бабкой
клиноременными передачами ф 130/ ф 178 и ф 204/ ф 274.
После постоянной передачи 47/47 между валами 7К и V следует цепь
перебора с большой редукцией, соединяющая валы V, VI, Vll, VIII. При
а)
Рис. 75. Кинематическая схема токарного станка 16К20ФЗ с ЧПУ
101

отключении перебора колесо 45 передвигается по валу VI вправо, а блок
48-60 — по шпинделю влево до включения передач 60/48 или 30/60
между валами V и VIII. Цепь главного движения становится короче.
Максимальная частота вращения шпинделя
130 36 48	204 47 60
Цпйх — 1460------- ---------------------~ 2000 мин
™ах	178 36	24	274 47 48
Вручную переключениями в шпиндельной бабке устанавливают один
из трех диапазонов частот вращения шпинделя. В каждом диапазоне мо-
жет быть получено с помощью АКС девять ступеней частот вращения.
При одновременном включении муфт и М6 шпиндель тормозится.
Продольная и поперечная подачи осуществляются ходовыми винта-
ми XIV и XII. Если источником движения служит обычный (не силовой)
шаговый электродвигатель (М2 и М3), то необходим гидроусилитель ГУ
и редуктор (30/125 и 24/100). Угол поворота шагового двигателя за
каждый импульс из системы управления составляет 1,5°. Этому будет
соответствовать минимальное продольное перемещение каретки суп-
порта 5прод min =	10 = 0,01 мм. При максимальной частоте
импульсов 8000 Гц, т. е. 8000 имп/с, скорость продольного движения
0,01 *8000 — 80 мм/с — 4800 мм/мин. Поперечное движение вдвое мед-
леннее, так как шаг ходового винта Р = 5 мм.
При применении в приводе подачи двигателя постоянного тока М
(рис. 75, б) необходимо встраивать датчик Д, который должен быть
соединен с ходовым винтом непосредственно или через беззазорную
передачу (на схеме 45/18).
Нарезание резьбы достигается согласованием сигналов, поступаю-
щих от фотоэлектрического датчика резьбонарезания Д1 (рис. 75, а)
в шпиндельной бабке, и сигналов, поступающих в шаговый двигатель М2.
Благодаря этому вращение шпинделя согласуется с продольным переме-
щением суппорта. Согласование осуществляет система ЧПУ. В ней же
переключателем настраивают соотношение движений, необходимое для
заданного шага Рд нарезаемой резьбы. Известные расчетные перемещения
1 об. шпинделя -> Рд мм перемещения суппорта выражаются через
числа импульсов:
1000 импульсов от датчика Д1 -> 100 Рд импульсам на двигатель М2
(учитывая дискретность перемещений: Рд/0,01 = 100Рд), т. е.
10 импульсов от датчика Д1 -> Рд импульсам на двигатель М2.
Поворот планшайбы П резцедержателя вокруг горизонтальной оси
(вал X) производится электродвигателем М4 через зубчатые колеса
20/62 и червячную передачу 1/38. В рабочем положении планшайба фик-
сируется от поворота плоскозубчатой муфтой М9. Ее сцеплени^, которому
препятствует пружина на валу X, и расцепление происходят благодаря
винтовой форме зубьев муфты М&. В начале поворота червячного колеса
поверхности зубьев левой полумуфты М3 отходят от зубьев правой
полумуфты. Под действием пружины вал X с планшайбой сдвигается
102

влево — муфта М9 размыкается, затем головка поворачивается в нуж-
ную позицию. По команде электрического датчика положения Д2 дви-
гатель М4 реверсируется причем фиксатор Ф препятствует обратному
повороту планшайбы, вала X и правой полумуфты М8. Из-за винтовой
формы зубьев вал и головка перемещаются вправо — муфтаМ9 замыкает-
ся. При однозубой конструкции муфта М7 обеспечивает разгон двигате-
ля, используется сила инерции для снятия затяжки в муфте М8 при
разжиме.
На схеме показан вариант механизированной задней бабки, в кото-
рой пиноль перемещается от электромеханической головки ЭГ.
Система ЧПУ. Станок может быть оснащен различными системами
ЧПУ. Предусмотрены следующие модификации; станок 16К20ФЗС2
комплектуется системой ЧПУ СС221-Т французской фирмы ’’Алькатель”
(Alcatel), станок 16К20ФЗС5 — отечественной системой ЧПУ Н22-1М,
станок 16К20ФЗС8 — отечественной системой 1Н22-61.
Все эти системы контурного типа с программоносителем в виде
восьмидорожковой перфоленты. Они управляют (в том числе одновре-
менно) двумя координатами (Z — вдоль оси изделия, X — поперечная
горизонтальная ось, см. рис. 44, а). Система Н22-1М — разомкнутая, две
другие системы — замкнутые (с обратной связью). Система Н22-1М
отсчитывает размеры в приращениях, в других системах может действо-
вать также абсолютная система отсчета (от общего нуля).
§31. ТОКАРНЫЙ СТАНОК 16К20Т1
С ОПЕРАТИВНОЙ СИСТЕМОЙ ЧПУ
Станок создан на базе станка 16К20ФЗ и имеет то же назначение.
Большинство узлов полностью унифицированы. Принципиально разли-
чаются системы управления.
В отличие от станка 16К20ФЗ в станке 16К20Т1 пределы продоль-
ных подач 0,01...2,8 мм/мин; наибольшая скорость движения про-
дольной подачи 2000 мм/мин; скорость быстрых продольных ходов
6000 мм/мин.
Управление станком осуществляется посредством устройства ’’Элект-
роника НЦ-31”. Станок оснащен следящими электроприводами подач:
источниками движения являются двигатели постоянного тока; обратная
связь выполнена на базе датчиков фотоимпульсною шна.
Оперативное управление обеспечивает ввод и редактирование управ-
ляющей программы с помощью клавиатуры пульта, а также возможность
передачи программы в кассету внешней памяти для хранения вне станка
и обратного ввода.
Основные технические данные системы управления: тип системы —
контурная, построенная на базе микроЭВМ; интерполяция — линейная
и круговая; система отсчета размеров — в абсолютных и относительных
координатах; число команд, которое может храниться в архиве системы
(внутри ее), составляет 250x6, в том числе, объем текущей программы,
которую можно просматривать, исправлять и отрабатывать в автомати-
ческом режиме, — 250 команд.
103

Рис. 76. Пульт оперативной системы
При многопроходных циклах нет необходимости программировать
каждый рабочий ход. Система автоматически повторяет набор движений,
необходимых для последовательного снятия всего припуска при задан-
ной глубине резания. Если участок программы должен повториться
несколько раз, его называют подпрограммой и вызывают для отработки
в необходимом месте основной программы.
Пульт системы управления (рис. 76) состоит из клавиш, сигнальных
лампочек и цифровых индикаторов. Элементы пульта сгруппированы в
четыре зоны. В зоне I расположены клавиши К для управления переме-
щениями суппорта в ручном режиме. В зоне II сгруппированы клавиши
для выбора режимов работы и управления работой системы. Набор кла-
виш в зоне III служит для ввода буквенно-цифровой информации прог-
раммы. Верхняя часть пульта занята тремя цифровыми индикаторами ЦИ\
четырехразрядный показывает значения заданной подачи на оборот шпин-
деля, трехразрядный — номер кадра (команды) или номер параметра
станка (при вводе и контроле параметров), семиразрядный — числовую
часть, следующую за буквенными адресами, положение суппорта и дру-
гие данные. На пульте установлены также сигнальные лампочки Л.
Вопросы для самопроверки
1.	Как настраивают кинематические цепи станка 16К20 на скорость и направ-
ление рабочих движений, на траекторию винтового движения?
2.	Каковы способы обтачивания конусов?
3.	Как согласуются рабочие движения при обработке резьбы на станках с ЧПУ?
104

ГЛАВА 9.
КАРУСЕЛЬНЫЕ
И ТОКАРНО-РЕВОЛЬВЕРНЫЕ СТАНКИ
§32. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Карусельные станки служат для обтачивания крупных заготовок,
которые устанавливают на планшайбе с вертикальной осью вращения.
Неподвижная часть несущей системы, на которой размещены суппорты
с резцами, представляет собой стойку или портал, состоящий из двух
ртоек, соединенных наверху балкой. На одностоечных станках обраба-
тывают заготовки диаметром до 2 м, на двухстоечных - до 20...25 м.
Токарно-револьвернще станки предназначены для серийного изго-
товления деталей сложной формы из прутка или из штучных заготовок,
если требуется применять различные резцы, сверла, метчики и другие
инструменты. На продольном суппорте расположена револьверная голов-
ка с вертикальной (рис. 77, а) или горизонтальной (рис. 77, б, в) осью
поворота. Комбинированные державки позволяют закреплять в одном
гнезде головки несколько инструментов. После каждого перехода голов-
ка поворачивается, вводя в работу очередной инструмент. Высокая произ-
водительность достигается вследствие совмещения работы инструментов
и предварительной размерной настройки режущего инструмента и огра-
ничителей ходов.
Рис. 77,. Виды револьверных головок
§33. ОДНОСТОЕЧНЫЙ
ТОКАРНО-КАРУСЕЛЬНЫЙ СТАНОК 1512
Станок предназначен для обтачивания цилиндрических, конических
и плоских торцовых поверхностей на крупных деталях типа корпусов,
на больших зубчатых колесах, шкивах и им подобных деталях. На стан-
ке можно растачивать, сверлить, зенкеровать, развертывать отверстия,
прорезать канавки, а при наличии специальных приспособлений также
нарезать резьбу, обрабатывать тела вращения с фасонным профилем.
Станок является универсальным и используется в условиях мелко- и
средне-серийного производства.
105

Техническая характеристика
Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, мм.......... 1250
Наибольшая высота обрабатываемой заготовки, мм........... 1000
Число частот вращения планшайбы........................... 18
Частота вращения планшайбы, мин-1.......................5-250
Число подач каждого суппорта.............................. 18
Подача, мм/об..........................................0,03-12,5
Основные узлы и движения. Стол, состоящий из корпуса 1 (рис. 78)
и планшайбы 2, жестко скреплен со станиной 8, выполненной в виде
стойки. Планшайба с установленной на ней заготовкой совершает глав-
ное вращательное движение. По вертикальным направляющим станины
могут перемещаться поперечина 6 и горизонтальный (боковой) суп-
порт 9 с четырехпозиционным резцедержателем 77. На горизонтальных
направляющих поперечины базируется вертикальный (верхний) суп-
порт 5 с пятипозиционной револьверной головкой 4, в которой установ-
лены инструменты. Инструментам суппорта сообщаются движения подачи
и углубления, а также установочные перемещения. Поперечина передви-
гается только при наладке. Боковой и револьверный суппорты получают
движения соответственно от коробок подач 10 и 7. Управляют станком,
пользуясь подвесным пультом 3.
Кинематическая структура (рис. 79). Привод главного движения
состоит из электродвигателя Ml, клиноременной передачи ф 230/ф 266,
коробки скоростей (валы I...VIT), конической передачи 28/28 и косо-
зубой передачи 25/125. Комбинации включения электромагнитных муфт
Рис. 78. Одностоечный токарно-
карусельный станок 1512
106

М-2кВт
п=900ни*
Рис. 79. Кинематическая схема токарно-карусельного станка 1512

Mi...Mi позволяют получить на валу IV 12 ступеней частот вращения.
После этих муфт расположен планетарный механизм, выходом которого
является водило, связанное с сателлитами 36 и колесом 40 (вал V).
Колесо 36 на входе механизма соединено с валом IV постоянно. Другое
центральное колесо 108 имеет внутренний зубчатый венец и соединено
валом IV при включении муфты М3. В этом случае муфты М9 и М10 вы-
ключены, колеса 63 на валах VI и VII вращаются вхолостую, а весь плане-
тарный механизм как одно целое вращается с валами IV и V. При выклю-
чении муфты ТИ8 и включении муфт М9 и Мх 0 колесо 108 останавливает-
ся, так как вал VII жестко связан с корпусом; передаточная величина
между валами IV и V становится равной 1/4. При этом часть получаемых
частот вращения повторяется. Для торможения включают одновремен-
но муфты ТИ8...Mi о.
Уравнение для цепи главного движения при максимальной частоте
вращения имеет вид
_ 230
"max - 1460 266
63	63	75 . 40	28	25	_ i
------------1----------------- 250 мин
50	63	75	50	28	125
Привод подач получает движение от вала VI через передачи 27/36,
36/54, 17/17. С вертикального вала XII через одну из конических передач
23/23 движение поступает в коробку подач бокового или верхнего суп-
порта. МуфтаМ23 (рис. 79, б) передает движение в коробку подач. Муф-
тами Л715...Л/22 изменяется подача (или скорость быстрого движения
от двигателя М2). При этом с вала XV на вал XVII вращение передается
через колеса 58-42-67 (при включении муфты Л716), через передачи
33/66, 19/90 (при включении муфты ТИ15), 33/66, 19/90, 39/69, 20/88
(при включении муфты М17).
Далее движение передается через валы XIX и XX для горизонталь-
ного перемещения инструмента (включена муфта Л/14. или Mi3) или
через валы XXII и XXI для вертикального его перемещения (включает-
ся муфта Mi 1 или Mi2)- Колеса 80-80 сообщают движение в одном
направлении, колеса 39-69-39 — в противоположном направлении.
Тормоза Т1 и Т2 служат для устранения перебегов.
Ходовые винты XXV и XXVIII (рис. 79, а) горизонтального переме-
щения соединены зубчатыми передачами с валами XX, а винты XXVII
и XXXI вертикального перемещения — с валами XXI.
Уравнение для цепи минимальной вертикальной подачи бокового
суппорта связывает движения планшайбы и ходового винта XXVII:
125	28	27	36	17	23	41	27	33	19	39
25	28	36	54	17	23	58	73	66	90	69
20
88
80
80
39 20 20 о _	-
— ттг	~ 0,035 мм/об.
77 20 20
Привод поперечины начинается от двигателя М3, который через
червячные передачи 2/34 вращает ходовые винты XXXVI h XXXVIII.
Привод поворота револьверной головки РГ получает движение от
двигателя М4, который через колеса 18-34-45 и муфту М24 вращает
вал XXXII с резьбовым участком. Вначале электромагнитный тормоз
108

Рис. 80. Стол токарно-карусельного станка
ТЗ включен и удерживает гайку с шагом Р = 5 мм от поворота. Винт
XXXII, вращаясь, двигается вверх, а закрепленная на конце рейка с
m = 3 мм поворачивает колесо 31 и трехзаходную гайку с шагомР= 12 мм
(разрез Л—Л) ; головка двигается вдоль своей оси, разжимается.
Вал XXXII поднимается до упора рейки в гайку с Р = 5 мм. Перед
этим тормоз ТЗ выключается. Теперь винт продолжает вращаться с гай-
кой как одно целое, а закрепленный на гайке червяк 1 передает вращение
червячному колесу 25 (разрез Л-Л), колесам 18-72, револьверной
головке. После поворота головки на 1/5 окружности фиксатор западает
в следующий паз делительного диска, и двигатель реверсируется. Фикса-
тор препятствует обратному повороту головки и связанной с ней гайки.
Винт XXXII опускается, зажимая головку через реечную передачу и винт-
гайку cP = 12 мм.
Конструкция стола (рис.80). Основание 2 стола несет на себе планшай-
бу 4 в виде полого диска с ребрами, которая служит для установки, закреп-
ления и вращения заготовок. Планшайба опирается на плоскую кольцевую
направляющую с текстолитовыми накладками 5 и центрир'уется шпинде-
лем 5, который установлен в двух двухрядных роликовых подшипни-
ках 9, 10. Зубчатый венец 7, закрепленный на планшайбе, получает враще-
ние через колеса 7 и 6 на валу 8. Чтобы обеспечить плавность работы,
цилиндрическая передача сделана косозубой, а коническая — с круго-
выми зубьями.
*	§34. ТОКАРНО-РЕВОЛЬВЕРНЫЙ СТАНОК 1Г340
Станок 1Г340 — высокопроизводительный универсальный станок
с горизонтальной осью револьверной головки. Он предназначен для вы-
полнения токарных и сверлильных работ в средне-серийном производстве.
Нарезание резьбы возможно метчиками, плашками, а также с помощью
109

резьбонарезного устройства. Дополнительное копировальное устройст-
во позволяет обрабатывать конические и фасонные поверхности. Станки
изготовляют в двух исполнениях: для обработки прутков или штучных
заготовок.
Техническая характеристика
Наибольший диаметр обрабатываемого прутка, мм.............. 40
Наибольший диаметр заготовки, обрабатываемой в
патроне, мм.............................................. 400
Число частот вращения шпинделя............................. 12
Частота вращения шпинделя (прутковое исполнение,
прямое вращение), мин"1 ................................ 45	-2000
Число подач (продольных или поперечных).................... 12
Подача, мм/об:
продольная............................................. 0,035-1,6
поперечная......................................... 0,02-0,8
Основные узлы и движения (рис. 81). Главным движением является
вращение заготовки, зажатой в цанге или в кулачковом патроне шпине
дельной бабки 1. Коробка скоростей предназначена для изменения часто-
ты вращения шпинделя с заготовкой. Инструменты закреплены в револь-
верной головке 2 (16 гнезд-позиций по окружности головки), которая
расположена на суппорте 5. Периодическим поворотом револьверной
головки в работу вводят очередной инструмент. Поперечное (круговое)
движение подачи совершается также благодаря повороту револьверной
головки (рис. 82, б) : державка Д с резцом Р поворачивается относительно
заготовки 3 по дуге радиусом R. Фартук 4 (см. рис. 81) сообщает револь-
верному суппорту продольное движение подачи по направляющим стани-
ны 5. Коробка подач 6 служит для изменения подачи.
Рис. 81. Токарно-револьверный станок 1Г340
110

Кинематическая структура (рис. 82; а). ЭлектродвигательМ являет-
ся источником рабочих движений. Цепь главного движения соединяет
двигатель со шпинделем 1П и проходит через коробку скоростей КС и
две передачи с зубчатым ремнем: 20/24 - до коробки и 26/30 — после
коробки. Коробка скоростей АКС 206-32-31 — унифицированная, две
частоты вращения достигаются переключением двигателя. Между вала-
ми I и II работают передачи : 40/40 — при включении муфты 27/53 -
при включении М2 (валы I и III соединяются напрямую); 34/46, 32/48 и
27/53 — при включении муфты М3. Между валами II и IV еще две ступени:
16/64 и 53/27. Максимальная частота вращения шпинделя получается при
включении Mi иМ4:
, ' 20 40 53 26
птах = 1440	----77	% 2000 МИН .
тах	24 40 27 30
Торможение производят одновременным включением муфт М4 и М5.
Цепь продольной подачи связывает шпиндель с реечной передачей,
которая перемещает револьверный суппорт С. Эта цепь проходит через
три передачи с зубчатым ремнем, коробку подач КП и фартук Ф. При
каждом положении подвижного блока зубчатых колес 18-28 автомати-
чески получается шесть ступеней подачи. Все электромагнитные муфты
в станке — с бесконтактным токоподводом.
Автоматическое продольное . движение подачи включается муфтой
Mi 1, при этом М\ 2 выключена (муфты сблокированы). Движение пере-
дается от вала XIV через передачи 28/39, 2/34, 24/72 на реечное колесо 12.
Ручное перемещение револьверного суппорта осуществляется от махови-
ка Р1 через включенную муфту ТИ12, передачи 40/53, 35/61 и реечное
колесо 12. Минимальная продольная подача получается при включении
в коробке подач муфт Мх 0, 7И6 и при левом положении блока зубчатых
колес 18-28:
S = 1 30 27 27 S * * * * * * * * * * * * 18 19 * 21 28 2	24
дпродпнп 1 26 38 27 58	62 75	39 34 72 Х
х я* 3 • 12 = 0,035 мм/об.
Длина пути продольного движения отсчитывается по лимбу Л на валу ХИТ/.
Цепь поперечной (круговой) подачи связывает шпиндель с револьвер-
ной головкой Г, которая в этом случае медленно поворачивается. В
передаче движения участвуют: вал XIII, зубчато-ременный редуктор
16/32, передачи 52/44, 36/36, 1/33 (муфтаЛ/14 включена), 19/152. Макси-
мальная поперечная подача получается при включении в коробке подач
муфтЛ/8, Mj и правом положении блока 18—28:
s = 1 зо 27 27 28 42 63 16 32 зс i___________________19
дпродтах 1 26 38	27 48 39	33 32 44 36 33 152 Х
х 2я* 100 = 0,8 мм/об.
(расстояние от оси поворота голрвки до осей гнезд в ней R = 100 мм.
МуфтаMi3 реверсирует поворот револьверной головки. Ручное попе-
речное движение подачи возможно от маховика Р2 (муфта Мх 4 включе-
111



на). Ручной поворот револьверной головки при смене позиций осущест-
вляется маховикомРЗ (муфтаMi4 выключена).
Частоту вращения шпинделя и подачу можно изменить вручную с
помощью переключателей. Предусмотрено также автоматическое перек-
лючение режимов обработки при смене позиций револьверной головки.
Для этого головка через передачу 50/50 связана с коллектором управ-
ления КУ, а на штекерной панели пульта управления запрограммированы
режимы обработки для каждой позиции головки.
Длину прохода револьверного суппорта устанавливают в соответ-
ствующих позициях головки посредством регулируемых упорных винтов
на барабане Б.
Резьбонарезное устройство служит для нарезания наружных и внут-
ренних резьб резцами или гребенками. Инструмент И закреплен в держав-
ке, связанной со штангой УШ. Штангу поворачивают рукояткой Р4, под-
водя инструмент к заготовке и вводя резьбовую губку на левом конце
штанги в зацепление с резьбовым копиром К. Копир и губка — сменные.
Копир получает вращение от шпинделя через передачу 40/40 и скользя-
щий блок 33—22, При этом губка со штангой УШ и инструментом И дви-
жется вдоль оси. При изображенном положении блока шаг нарезаемой
резьбы равен шагу резьбы копира, а при включении передачи 22/44 —
вдвое меньше.
Конструкция револьверного суппорта (рис. 83). Суппорт переме-
щается с помощью рейки 2 (рис. 83, а) по двум призматическим направ-
ляющим скольжения; благодаря планкам 1 и 3 направляющие становятся
замкнутыми. Инструменты закрепляют в гнездах револьверной головки
винтами 4 (рис. 83, б — вертикальный разрез по оси головки). Вал голов-
ки базируется в радиально-упорных подшипниках 6 и 7; на нем закрепле-
ны барабан 8 с упорными винтами 9; вал поворачивается зубчатым коле-
сом 5. Маховик 14 (рис. 83, в) через колеса 15, 13 и вал-шестерню 10
вращает колесо 5 при смене позиций головки. Ручная круговая подача
осуществляется от маховика 23 (рис. 83, г) через вал 20, червяк 16,
червячное колесо 11 (муфта 12 должна быть включена), колеса 10 и 5.
Микропереключатель 18 автоматически отключает привод круговой
подачи. Это происходит при повороте револьверной головки до регули-
руемого жесткого упора: червячное колесо И останавливается, а продол-
жающий вращаться червяк 16 вывинчивается из него, преодолевая силу
пружины 21 и двигаясь вправо, при этом V-образная канавка на втулке
22 воздействует на толкатель 17, поворачивается рычажок 19. В резуль-
тате выключается муфта 12.
Шпиндельная бабка (рис. 84). В передней части установлен двухряд-
ный роликоподшипник 6. Движение шпинделя влево предотвращается
упорным подшипником 5, вправо — радиально-упорным 3. Шкив 1 служит
также гидроцилиндром зажим'а прутка. Поршень 2 через трубу 4 двигает
подвижную ценгу 7. Ее конус при движении влево обжимается.патроном
8. При этом сжимается неподвижная цанга 9 со сменными вкладышами
10. Гидроцилиндр 13 двигает подающую трубу 12 с цангой И. Послед-
няя скользит по зажатому прутку влево и передвигает его до упора при
движении вправо после разжима цанги 9.
ИЗ

Рис, 83. Револьверный суппорт станка 1Г340	/
114



Вопросы для самопроверки
1.	Каковы особенности компоновок карусельных станков?
2.	Объяснить работу привода подач станка 1512.
3.	Сопоставить кинематическую схему и конструкцию револьверного суппорта
станка 1Г340.
ГЛАВА 10.
ТОКАРНЫЕ ПОЛУАВТОМАТЫ И АВТОМАТЫ
§35	. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Токарные автоматы и полуавтоматы (определения — в § 1) приме-
няют для изготовления деталей в виде тел вращения сложной конфигура-
ции. Эти станки бывают универсальными и специализированными, для
прутковых и патронных работ, одно- и многошпиндельными, горизон-
тальными и вертикальными. Обычно — это многоинструментные станки
с несколькими суппортами. В прутковых станках шпиндели всегда рас-
положены горизонтально, выдвижение и зажим прутка легко полностью
автоматизировать. Обработку в патроне штучных заготовок, в частности
литых или штампованных, чаще выполняют на полуавтоматах, но с добав-
лением загрузочных устройств последние можно превратить в автоматы.
Среди горизонтальных одношпиндельных полуавтоматов выделяют
многорезцовые, копировальные, а также многорезцово-копировальные.
В многорезцовых станках продольный передний суппорт несколькими
резцами ведет одновременную обработку сравнительно длинных цилинд-
рических и фасонных поверхностей, а резцы в поперечном заднем суп-
порте в то же время делают канавки, фаски, галтели. Для повышения
надежности и сокращения числа подналадок на этих станках режимы
резания занижены. Высокая производительность достигается одновре-
менной работой многих резцов. В то же время суммарные нагрузки
очень значительны, что снижает точность, ограничивает область примене-
ния станков черновыми и получистовыми работами. Токарные копиро-
вальные полуавтоматы работают одним резцом, который перемещается
в продольном и поперечном направлениях, причем в поперечном направле-
нии — в зависимости от профиля копира. Станки позволяют вести чисто-
вую обработку валов со сложной формой в продольном сечении. При
этом производительность увеличивается благодаря повышению режимов
резания, сокращению времени наладки и подналадки.
Одношпиндельные прутковые автоматы подразделяют на фасонно-
отрезные, фасонно-продольные и токарно-револьверные. Фасонно-отрез-
ные автоматы имеют от двух до четырех поперечных суппортов с фасон-
ными и отрезными резцами. Область применения — изготовление неболь-
ших несложных деталей, например роликов. Фасонно-продольные авто-
маты отличаются от фасонно-отрезных продольным перемещением шпин-
дельной бабки с заготовкой мимо поперечных суппортов. Благодаря
люнету повышается точность изготовления длинных деталей из прутка.
Токарно-револьверные автоматы имеют револьверную головку; они
наиболее распространены.
116

Многошпиндельные токарные
станки могут работать по принципу
параллельного и последовательного
действия. Первые (многопоточные)
одновременно ведут одинаковую об-
работку сравнительно простых дета-
лей. Шпиндели с заготовками распо-
ложены в ряд (рис. 85, а) и не меня-
ются местами. Загрузка всех шпин-
делей производится одновременно.
Автоматы и полуавтоматы последо-
вательного действия (многопозици-
онные) проводят заготовку через
расположенные по окружности позиции (рис. 85, б), в каждой из которых
, группа инструментов выполняет часть необходимой обработки. Из пози-
ции в позицию шпиндели переходят периодически. Одна из позиций слу-
жит для загрузки и выгрузки. В остальных позициях происходит одно-
временная, но различная обработка.
Автоматы применяют в массовом и крупносерийном производстве,
полуавтоматы — крупно- и среднесерийном.
В)
Рис. 85. Способы многошпиндель-
ной токарной обработки
§	36. ТОКАРНЫЙ МНОГОРЕЗЦОВО-КОПИРОВАЛЬНЫЙ
ПОЛУАВТОМАТ 1713
Станок предназначен для черновой и чистовой обработки в центрах
деталей типа валов с прямыми и криволинейными образующими в усло-
виях как массового, так и серийного производства. Обработка возмож-
на одним резцом по всей длине методом копирования, многорезцовым
или многорезцово-копировальцым методом.
Техническая характеристика
Наибольший диаметр заготовки, мм........................... 400
Наибольшая длина заготовки, мм............................. 710
Частота вращения шпинделя, мин”1 ..................... 125-1250
Подача:	1	*
продольного суппорта, мм/об......................... 0,08-2
поперечного суппорта, мм/мин....................... 10—630
Основные узлы и движения. Главное движение — вращательное —
сообщается заготовке, которая базируется в центрах шпиндельной бабки
ШБ (рис. 86) и задней бабки ЗБ. Станина СИ связана с основанием ОС
через шпиндельную бабку слева и промежуточный корпус ПР справа.
Вместе эти узлы образуют замкнутый контур — жесткую раму. Снизу
на станине расположены продольные направляющие для установочных
117

перемещений задней бабки и каретки поперечного суппорта 77С, спереди —
для каретки копировального суппорта СК Резцы получают движения
подач: продольной — от каретки копировального суппорта, следящей
(под углом 60 к оси изделия) — от ползуна того же суппорта, попереч-
ной — от ползуна поперечного суппорта. Сверху на станине размещены
механизм установки копира МК и командоаппарат (на схеме не пока-
зан) . Коробка скоростей КС закреплена на основании сзади, а коробка
подач КП — на левом торце станины.
Кинематическая структура (рис. 86). Цепь главного движения сое-
диняет электродвигатель переменного тока Ml со шпинделем VI через
Рис. 86. Кинематическая схема токарного многорезцово-копировального полу-
автомата 1713
118

коробку скоростей (валы Z.../И), клиноременные передачи ф 205/ф 310
и ф 245/ф 245 на входе и выходе коробки, двойной блок зубчатых колес
45-28 на валу V. Электромагнитные муфты Л/р.ЛЩ обеспечивают авто-
матическое переключение четырех ступеней скорости для каждой налад-
ки, а также торможение шпинделя. При переналадке используют сменные
колеса а/Ъ (24/52, 29/47, 34/42, 38/38, 42/34). Уравнение кинематичес-
кого баланса при максимальной частоте вращения имеет вид
wmax
= 1460-^-
310
53
33
38 42 245
48 ‘34 245
—— = 1250 мин"1.
Цепь продольной подачи связывает шпиндель VI с ходовым вин-
том XVII каретки копировального суппорта. Эта цепь проходит через
двойной блок 45—28 на валу К, клиноременную передачу со сменными
шкивами между валами V и VII, коробку подач (валы VII...XVI). Муф-
ты М5, М6, Mi обеспечивают при каждой наладке три автоматически
переключаемые ступени подачи. Муфты ЛГ8 и М9 служат для реверсиро-
вания направления продольного движения, 3 — для включения быст-
рого хода от двигателя М2. Уравнение при минимальной продольной
подаче
с	- 1 53 94 Л 20 23 27 61 61	21 Q_nn^ , ~
 5прод min 1 45 175 54 52 47 67 61 41 54 8 0,073 мм/об.
Источниками движений поперечной подачи и пиноли задней бабки
являются гидроцилиндры Ц2 и ЦЗ. Поперечный ход ограничен упором У,
положение которого регулируется при наладке от рукоятки РЗ. Устано-
вочные перемещения поперечного суппорта и задней бабки производятся
поворотом реечных колес 13 от рукояток Р2 и Р4 (рейка с т = 2 мм —
общая). Поперечный суппорт служит для подрезания торцов и прореза-
ния канавок.
Ползун копировального суппорта получает движение от гидроци-
линдра Ц1, которым управляет следящий золотник СЗ. Форму профиля
изделия задают копиром (образцовой деталью). Для согласования поло-
жения копира К относительно заготовки его можно смещать при наладке
вдоль оси и по высоте маховиками Р6 иР5.
Принцип работы гидрокопировальной системы. Цилиндр Ц1 соеди-
нен с ползуном копировального суппорта, а поршень через шток — с карет-
кой. В исходном, положении электромагнит ЭМ выключен, пружина 112,
преодолевая пружину П1, удерживает плунжер следящего золотника СЗ
в крайнем верхнем положении.
При включении электромагнит через рычаг сжимает пружину /72;
тогда пружина Ш переводит плунжер золотника и щуп Щ, удаленный
от копира К, в крайнее нижнее положение относительно корпуса золот-
ника. Масло от насоса направляется золотником в нижнюю полость ци-
линдра и перемещает его вместе с ползуном к заготовке, а щуп — к копи-
ру (подвод). Из.верхней полости масло вытесняется в бак. При каса-
нии копира щуп и плунжер золотника останавливаются, но движение
цилиндра и связанного с ним корпуса золотника продолжаются до тех
пор, пока корпус не займет относительно плунжера среднее (нейтраль-
110

ное) положение. При этом каналы подвода-отвода масла перекрываются,
движение ползуна прекращается. В таком положении обтачивается ци-
линдрическая поверхность.
При продольном движении каретки копировального суппорта шуп,
проходя по различным участкам копира, отжимается в ту или другую
сторону от нейтрального положения. Например, при переходе на учас-
ток, соответствующий большему диаметру детали, щуп отжимается
вверх и через рычаг сдвигает вверх плунжер золотника. Теперь с насо-
сом соединяется верхняя полость цилиндра, а со сливом — нижняя;
цилиндр с ползуном и корпусом золотника отходят до восстановления
нейтрального положения. Таким образом резцы копируют заданный
профиль, повторяя движения щупа.
При отключении электромагнита ЭМ более сильная пружина П2
отводит плунжер золотника вверх; тогда резец отходит от заготовки,
щуп — от копира. Все части системы возвращаются в исходное положение.
Управляет циклом обработки система электрогидроавтоматики.
§37. ТОКАРНЫЙ ОДНОШПИНДЕЛЬНЫЙ
ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ПОЛУАВТОМАТ 1А734ФЗ С ЧПУ
Станок предназначен для черновой и чистовой обработки в патроне
наружных и внутренних поверхностей деталей типа дисков, зубчатых
колес, маховиков с прямо- и криволинейными образующими при полу-
автоматическом цикле, заданном программой на перфоленте.
Техническая характеристика
Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, мм............. 320
Наибольшая высота обрабатываемой заготовки, мм.............. 200
Число инструментов............................................ 8
Частота вращения шпинделя, мин~1 (регулирование
мелкоступенчатое)..........................................14—1000
Рабочая подача суппорта, мм/мин...........................1-1250
Дискретность перемещений, мм:
вертикальных.......................................... 0,01
горизонтальных........................................ 0,005
Основные узлы и движения. На основании ОС (рис. 87) закреплена
массивная шпиндельная бабка ШБ с вертикальным шпинделем изделия
и его приводом (главного движения). Инструменты закрепляют в двух
четырехпозиционных револьверных головках РГ, которые расположены
на суппортах СП. Движения вертикальной подачи совершают каретки
суппортов по стойке СК, установленной на шпиндельной бабке. Движе-
ния горизонтальной подачи сообщаются ползунам по кареткам. Привод
ПВ вертикальной подачи размещен на стойке, а горизонтальной (ПГ) —
на суппорте.
Кинематическая структура (рис. 87). Главное движение сообщается
шпинделю III от электродвигателя Ml постоянного тока, который имеет
двухзонное регулирование: вниз от номинальной частоты вращения ин с
120

Рис. 87. Кинематическая схема токарного одношпиндельного полуавтомата 1А734ФЭ
с ЧПУ
диапазоном 1:10 (1000 ,.. 100 мин”1) и вверх — с диапазоном 2,5:1
(1000 ... 2500 мин"1). Диапазон регулирования привода дополнительно
расширен применением блока колес 24-49, который переключается
гидроцилиндром. Путем мелкоступенчатого регулирования можно уста-
новить 29 частот вращения шпинделя.
Фотоэлектрический датчик ФД, связанный со шпинделем беззазор-
ной передачей 120/120, служит для контроля скорости вращения шпин-
деля, а также для связи движения вертикальной подачи с вращением
шпинделя при нарезании резьбы. Зажим и разжим заготовки в патроне
осуществляются гидравлической системой.
Движения подач производятся от высокомоментных электродви-
гателей постоянного тока, которые соединены с шариковыми ходовыми
винтами напрямую (двигатели М2 и винты И вертикальной подачи)
121

или через передачу 85/170 (двигатели М3 и винты VI горизонтальной
подачи).
Поворот на 90° каждой револьверной головки РГ производится от
гидроцилиндра Ц через реечную передачу (колесо 18f m = 3 мм), ряд ко-
лес 18-41-18, соединяющих валы VII и IX, через кривошипно-кулисный
механизм КМ и диск Д. Перед поворотом инструментального корпу-
са револьверной головки РГ расцепляется с помощью гидропривода фик-
сирующая муфта Mi, причем ее подвижная часть соединяется с диском Д.
После поворота и фиксации головки она не связана с диском, что позво-
ляет вернуть плунжер в исходное положение, подготовить механизм
поворота к повторению цикла.
Два устройства для отвода стружки (на рис. 87 показано одно) сос-
тоят из сдвоенных шнеков, приводимых в движение от мотор-редуктора
М4 через зубчатые колеса 23-47-47.
Система управления. Устройство ЧПУ типа 2С85-62 обеспечивает не-
зависимую работу каждого суппорта по двум координатам: X и Z — для
правого суппорта, U и И7 — для левого суппорта. Система управления -
контурная, с линейно-круговой интерполяцией, замкнутая, с предва-
рительным контролем исходного положения суппортов посредством
бесконтактных торцевых переключателей (срабатывает от переставных
упоров) и с окончательной остановкой по команде от индукционного
датчика пути в приводе подачи, т. е. от резольвера (связан с ходовым
винтом). Размеры (перемещения) можно задавать в абсолютной системе
координат или в относительной системе (в приращениях). Предусмотрены
следующие режимы работы: автоматический от программы на перфо-
ленте, автоматический с покадровым вводом программы через пульты,
наладочный.
На станке возможно автоматическое изменение частоты вращения
шпинделя при обработке торцовых поверхностей, чтобы поддержать
постоянство скорости резания. Система управления согласует главное
движение и движение продольной (вертикальной) подачи при нарезании
резьбы и ведет поиск заданной позиции головки.
§ 38. ТОКАРНЫЙ ШЕСТИШПИНДЕЛЬНЫЙ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ
ПАТРОННЫЙ ПОЛУАВТОМАТ 1А290П
Станок предназначен для изготовления деталей из штучных заго-
товок (литых, кованых, штампованных) в условиях как массового,
так и среднесерийного производства. Полуавтомат - многопозицион-
ный, т. е. работает по принципу последовательного действия. Обработ-
ка ведется резцами, сверлами, развертками, метчиками и другими ин-
струментами.	!
Техническая характеристика
Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, мм..................200
Наибольшая длина обработки, мм.................................  200
Число поперечных суппортов...........................«.............5
Ход поперечных суппортов, мм.....................................125
Частота вращения шпинделей, мин-1...........................42,5-610
Длительность цикла, с....................................... 21-1732
122

Рис. 88. Токарный шестишпиндельный горизонтальный полуавтомат 1А290П
Основные узлы и движения. Заготовки, зажатые в кулачковых патро-
нах, получают вращение от шпинделей со скоростью главного движе-
ния резания. Шесть шпинделей расположены по окружности шпиндель-
ного барабана 3 (рис. 88), который периодически поворачивается, пере-
мещая заготовки из позиции в позицию. В шестой позиции производят
загрузку и выгрузку. Суппорты с инструментами совершают движе-
ния подачи. Центральная труба 6 является направляющей для продольного
суппорта 7, выполненного в виде шестигранной каретки. На гранях каретки
устанавливают инструментальные державки. Два верхних суппорта 5
размещены, на траверсе 8, а два нижних 2 и задний (средний) 4 крепятся
к зеркалу шпиндельного блока. Все направляющие — со скольжением.
Частота вращения всех рабочих шпинделей с заготовками одинако-
ва, так же, как и подача всех инструментов, установленных непосредствен-
но на продольном суппорте. Это ограничивает технологические возмож-
ности многошпиндельного станка. Для их расширения применяют инстру-
ментальный шпиндель 9 с независимым вращением, настраиваемым
отдельно, и независимым осевым перемещением, скорость которого
суммируется со скоростью продольного суппорта (или вычитается из
нее). Со станком поставляют два инструментальных шпинделя. Их уста-
навливают с помощью скользящих державок на продольном суппорте
для резьбонарезания, сверления, развертывания.
Внутри траверсы размещен распределительный вал с кулачками.
На траверсе закреплен командоаппарат, управляющий станком, в част-
ности, включающий ускоренное вращение распределительного вала.
Коробка передач 11 служит для привода шпинделей и распределительного
вала. При наладке, загрузке и выгрузке полуавтоматом управляют с
пульта 10. Станина 1 является основанием всего станка, в ней находятся
двигатель главного движения, охлаждающая жидкость, смазочное масло,
насосы, конвейер для удаления стружки и его привод.
Кинематическая структура (рис. 89). Цепь главного движения про-
ходит от электродвигателя Ml по валам /, II, III, IV и соединяющим
123


полуавтомата 1А290П

их передачам и завершается передачами 56/42 на рабочие шпиндели XVII,
причем центральное колесо 56 является общим. С помощью гидравличес-
кого устройства сблокировано выключение фрикционной муфты ЛГ7,
соединяющей колесо 42 со шпинделем, и включение тормоза Т2. То же
гидравлическое устройство разжимает кулачки патрона. Уравнение кине-
матического баланса цепи привода рабочего шпинделя
200	20	а	с	56
1460-------------------= Ирш,
342	52	b	d	42	РШ’
где Нрщ — частота вращения рабочего шпинделя, мин”1.
Инструментальный шпиндель для быстрого сверления (ШС) полу-
чает вращение от центрального вала IV. Связь между частотами вращения
«РШ иишс выражается уравнением
_	42 64	32
«шс-«рш	>
где п щ с — частота вращения инструментального шпинделя ШС, мин”1.
При подборе числа зубьев сменного колеса zCM учитывают, что скорость
главного движения резания зависит от частоты вращения иотн инстру-
ментального шпинделя относительно заготовки: иотн = Ищс + ЛРШ (Ра‘
бочий и инструментальный шпиндели вращаются в противоположные
стороны).
Возможен вариант настройки с колесом zCM, сдвинутым вправо и
сцепленным с колесом 20 блока.
При развертывании необходима малая скорость главного движения,
поэтому устанавливают дополнительное паразитное колесо (рис. 89, б) и
получают совпадающие направления вращения шпинделей; следователь-
но, иОТн “ ^РШ ””иразв-
Инструментальный шпиндель ШР при нарезании резьбы метчиком
или плашкой получает вращение с частотой Нщр от правого конца вала IV
через сменные колеса к, I, т, п (при включенной электромагнитной муф-
те ТИ4), вал XIV, блок колес 68-64 на валу IV, паразитное колесо 32 и
сменное колесо zCM на валу ХИ:
_	42 к т 60 . 64	32
«ШР1 - «рш ~	— •
Выключая муфту М4 и включая муфту М5, связывают валы XIII и XIV
передачей 46/65, минуя колеса т и п; получают Ищр2- В обоих случаях
направления вращения инструментального и рабочего шпинделей совпа-
дают, но ИщР1 > Нрщ > Ищр2 - При правой резьбе Ищр2 используют
для нарезания, ишр1 — для свинчивания, при левой — наоборот.
Привод подачи обеспечивает перемещения суппортов с инструмен-
тами. Суппорты передвигаются кулачками распределительного вала
XII с помощью рычагов. Кулачки верхних, нижних и заднего суппор-
тов закреплены соответственно на дисках Д1, Д2 и ДЗ. Кулачки попе-
речных суппортов - сменные. Продольный суппорт СП передвигается
барабаном Б1, а устройства с независимой подачей-барабаном Б2. Пе-
рестановкой концов тяг по кулисе KJI меняют соотношение между
125

длинами рабочего хода и подвода продольного суппорта (суммарный
ход остается постоянным).
Распределительный вал получает рабочее вращение от центрального
вала, передающего движение рабочим шпинделям, через червячную пе-
редачу 3/30, гитару подач e-f-g-h, включенную муфту М2, коническую
передачу 28/21, червячную передачу 1/50\
Исходят из того, что распределительный вал делает один оборот за
цикл. Продолжительность каждого движения в цикле оценивают чис-
лом т оборотов рабочего шпинделя, которое зависит от длины рабочего
хода и подачи на оборот шпинделя. Суммарное число Нт оборотов шпин-
деля является одним из расчетных перемещений для настройки гита-
ры подач:
1 об. распределительного вала -+ Нт об. рабочего шпинделя.
Уравнение кинематического баланса
л 50 21 h f 30 56
‘т
откуда
V СЛП л	Г	eg	500
Нт = 500 -------или---------= ------.
g	е	f h	£т
В расчетах учитывают также угол поворота распределительного валах
при рабочем вращении и зависимость подачи от подъема кулачков.
Часть цикла занимают вспомогательные движения, например подвод
и отвод суппорта, поворот и фиксация шпиндельного барабана. В это
время частота вращения распределительного вала увеличивается вслед-
ствие выключения муфты М2 и включения муфты . Распределитель-
ный вал получает движение от двигателя Ml через клиноременную, две
конические и червячную передачи (валы I, VIII, IX, XII).
При наладке распределительный вал вращают с частотой ирВнал от
двигателя М2 при включенной муфте М3 (Мх иМ2 выключены):
пгл 19 45 48	1	_ Л —!
няп - 960---------------— 2,4 мин .
ВВиал 45	84 86 50
При выключении двигателя М2 включается тормоз Т1. Распределитель-
ный вал можно поворачивать вручную за хвостовик Р вала X.
Крутящий момент от червячного колеса 50 передается барабану Б1
через срезную шпонку М6, выполняющую роль предохранительной муф-
ты, а затем распределительному валу.
Периодический поворот шпиндельного барабана производится посред-
ством мальтийского механизма. Перед поворотом кулачок,К1 распреде-
лительного вала через систему рычагов выводит фиксатор Ф из замка ба-
рабана. Кулачок К2 через другие рычаги колодкой приподнимает барабан
на высоту около 0,4 мм над его опорным ложем (для предотвращения
изнашивания при повороте).
В качестве кривошипного диска мальтийского механизма использо-
ван кулачок К1, на котором закреплен приводной ролик. Зубчатое коле-
со 65, составляющее с пятипазовым мальтийским крестом МК единый
126

блок, передает движение двойному блоку 39—8 7, а через него — зубчатому
венцу 174 барабана. Поворот шпиндельного барабана за один оборот
распределительного вала составляет 1/6 оборота.
Барабан командоаппарата КА вращается синхронно с распределитель-
ным валом и, нажимая своими упорами на конечные выключатели, обеспе-
чивает в цикле своевременное переключение электромагнитных муфт.
Шнековый конвейер ШК, приводимый в действие двигателем М3
через червячный редуктор 7/55, удаляет стружку из-под зоны резания.
§39. ТОКАРНО-РЕВОЛЬВЕРНЫЙ АВТОМАТ 1Е140П
ОДНОШПИНДЕЛЬНЫЙ ПРУТКОВЫЙ
Автомат 1Е140П предназначен для изготовления сложных по форме
деталей типа тел вращения.
Техническая характеристика
Наибольший диаметр обрабатываемого прутка, мм........... 40
Наибольшая длина готовых деталей, мм.................... 105
Число частот левого (правого) вращения шпинделя......... 23(17)
в том числе автоматически включаемых.................... 4	(2)
Частота вращения шпинделя, мин”1:
левого............................................... 80—2500
правого............................................... 40—315
Число позиций револьверной головки........................... 6
Число суппортов (кроме револьверного)........................ 5
Время 1 об. распределительного вала, с....................6,11-602
Основные узлы и движения (рис. 90). В основании 4 станка • разме-
щены системы смазывания и охлаждения, а также коробка скоростей.
На станине 6 расположена шпиндельная бабка 7. Внутри шпинделя прохо-
дит пруток, вращение которого является главным движением резания.
За пределами шпиндельной бабки пруток поддерживается устройством
в виде трубы на стойках (на рисунке не показано). Револьверный суп-
порт 3 сообщает движение продольной подачи инструментам, закреплен-
ным в револьверной головке 2 с горизонтальной осью поворота. Движе-
ние подачи получают также вертикальные (верхние), поперечные и про-
дольные суппорты, окружающие рабочую зону (на рисунке закрыты
ограждением 5). В станине находятся распределительные валы и другие
механизмы станка.
Кинематическая структура (рис. 91). Привод главного движения
состоит из асинхронного электродвигателя М, передачи с зубчатым рем-
нем и сменными шкивами, коробки скоростей (валы I...V), зубчато-ре-
менной передачи 24/24 на шпиндель VI. Автоматическая коробка скорос-
тей АКС-206-63-11 описана в § 8. Уравнение кинематического баланса
цепи главного движения:
960/сш гкс — - пш,
127

1
Рис. 90. Одношпиндельный токарно-револьверный автомат 1Е140П
где /‘сщ — передаточная величина передачи со сменными шкивами; /кс —
передаточная величина коробки скоростей; иш - частота вращения
шпинделя.
Максимальная частота иш (левое вращение) получается при шкивах
35/31 и при включении муфт Mi иМ3:
_ 35 48 49 24
пш max ~ 96®	24 “ 2500 МИН
При наладке станка, например, на другой диаметр прутка меняют
сменные колеса а и Ь. В цикле обработки изменение частоты вращения
шпинделя в разных переходах достигается переключением электромаг-
нитных муфт, которые получают команды от упоров на барабане Б1
командоаппарата. Этот и другие барабаны и кулачки установлены на
продольном распределительном валу XV.
Дисковые кулачки KI, К2, КЗ, К4 приводят в движение (подводят
и отводят) соответственно вертикальные суппорты С1," С2 и попереч-
ные суппорты СЗ, С4. Барабанный кулачок Б4 управляет продольным
суппортом С5. На распределительном валу XIII (поперечном) находит-
ся, в частности, кулачок КП, который через рычаг и тя£у перемешает
револьверный суппорт с головкой РГ.
Все суппорты совершают движения подач от кулачков, поэтому
цепь привода распределительных валов является цепью подач. Она начи-
128

5 Маеров
I №-5,5кВт;п-9Ммин4
Рис. 91. Кинематическая схема одношпиндельного токарнофевольверного автомата 1Е140П

нается также от двигателя Af, включает в себя цепную передачу 16/37,
трензель для реверсирования 26-26-90, предохранительную муфту М6,
проходит по валу VII, через зубчатые колеса 35—25—26, гитару подач
c-d-e-f-g-h, муфту обгона М12, зубчатую передачу 30/75, предохрани-
тельную муфту Mi о- Далее цепь разветвляется: на вал XIII движение
поступает через червячную передачу 1 /40, на вал XV — через коническую
передачу 29/29 и червячную передачу 1/40. Для составления уравнения ки-
нематического баланса цепи подачи используют следующие расчетные пе-
ремещения:
-----Т об. вала двигателя -> 1 об. распределительного вала,
60
где пэ — частота вращения вала электродвигателя, мин"1; Т — время
пэ
цикла, с; —— Т — число оборотов вала электродвигателя за время цик-
ла. Тогда
960	16	26	26	35	25	_£___е	g 30	1
60	1 37	26	90	25	26 d	f	h	75	40
_£ e g _ 3T
d f h ~ T'
Частота ускоренного вращения распределительного вала пу р в полу-
чается при включении муфты Мг!:
О4П 16 26 26 35 25 59 30 1 л с
»у.р.в = 960— — — — — — — — «« 4,5 мин .
От вала VII получают движение цепи и устройства, осуществляющие
вспомогательные действия, поэтому он называется вспомогательным.
Его частота вращения
16 26 26 п _1
п} R = 960 —- —-------= 120 мин 1.
в<в 37 26 90
При реверсировании электродвигателя для сохранения направления
вращения вспомогательного вала в его приводе выводится из зацепления
паразитное колесо 26. Вспомогательный вал можно вращать вручную от
маховика Р1 через муфту Mi 3 и коническую передачу 18/36.
Зажим — разжим цанги и подачу прутка производят барабанные
кулачки Б5 и Б6 на валу IX, который периодически получает вращение
через колеса 36- 72- 72. Однооборотная муфта М7 включается упорами
барабана БЗ через рычажную систему. Для управления действиями вал
IX должен повернуться на один оборот. Для этого муфта М7 должна
совершить во включенном состоянии два оборота. Работу муфты допол-
нительно обеспечивают кулачки К5 и Кб. Кулачок К7 через рычаг, сек-
тор z = 146 и колесо 20 подводит и отводит качающийся ynqp У, ограни-
чивающий выдвижение прутка из шпинделя.
Однооборотная муфта М9 включается упором барабана Б2 и пере-
дает вращение в цепь поворота револьверной головки. Через передачи
30-60-44-30, 20/40, 40/40 (при включенной муфте М14) вращение
130

получает кривошипный диск КД1 на валу XIX. За два оборота вала VII
диск совершает один оборот, а шестипазовый мальтийский крест МК
вместе с револьверной головкой РГ поворачивается на 1/6 оборота. Рабо-
ту муфты М9 обеспечивают кулачки К8.
Перед поворотом головки торцовый кулачок К15 на валу XIX выдер-
гивает фиксатор Ф1, а дисковый кулачок К14 поворачивает полумуфту
Mi 5. Благодаря скосам на торцах зубьев полумуфта, ближайшая к маль-
тийскому кресту, при повороте перемещается в сторону другой, непод-
вижной полумуфты, давая возможность осевой пружине снять головку
с зажимного конуса. Головка может быть разжата также рукояткой Р2.
При вращении шлицевого вала XVII вместе с действиями, необхо-
димыми для поворота револьверной головки, производится отвод ре-
вольверного суппорта кривошипным механизмом на валу XVIII. При
повороте кривошипного диска КД2 шатун и рычаг, упирающийся в кула-
чок КП, остаются неподвижными, к шатуну подтягивается вал XVIII
вместе с суппортом. При обработке кривошипный диск КД2 и вместе
с ним диск КД1, а также кулачки К14, К15 удерживаются от проворота
фиксатором Ф2.
Кулачки К13, К12, К9, муфта Mi4 и фиксатор ФЗ действуют, когда
необходимо отводить револьверный суппорт без поворота головки и
останавливать суппорт в отведенном положении.
Кулачок К10 выводит лоток ловителя Л из зоны падения отрезан-
ной готовой детали (подвод осуществляется пружиной).
Конструкции узлов. Исполнительные части механизмов подачи и
зажима прутка расположены в шпинделе 12 станка (рис. 92). Шпиндель
базируется на двухрядном роликовом подшипнике 11 спереди и на двух
радиально-упорных подшипниках 2 сзади. Опоры собраны с предвари-
тельным натягом. На шпиндель насажен приводной шкив 1. Зажимная
цанга 13 с обратным конусом передает прутку крутящий момент со
шпинделя, когда ее лепестки обжаты конусом зажимной втулки 14. Это
достигается с помощью тарельчатых пружин 3, нажимающих через гай-
ку 4, стакан 5, оси 9, три рычага 8, втулку 16 на втулку 14.
Для разжима цанги 13 барабан 17 поворачивает рычаг 18, который
перемещает конусную муфту 6 вправо^ Ролики 7, утопленные в стакан 5,
получают возможность выйти из него в выточку муфты. При этом ры-
чаги 8 поворачиваются вокруг своих осей 9, короткие плечи рычагов
отходят влево, вследствии чего пружина 10 сдвигает влево втулку 14.
Лепестки цанги 13 освобождаются и разводятся силами упругости. Для
последующего зажима цанги 13 муфта 6 возвращается влево, своим
внутренним конусом утапливая ролики 7 рычагов 8 в стакан 5.
Подающая цанга 75 ввернута в подающую трубу 79 и под действием
сил упругости всегда сжимает пруток. Левый конец трубы через под-
шипник 21 связан с салазками 20. Салазки могут передвигаться по нап-
равляющим 28 кронштейна 27 вдоль прутка барабаном 26 через рычаж-
но-кулисный механизм 25. Винтом 22 сдвигают гайку 23 с сухарем 24
вдоль паза верхнего плеча рычага, меняя длину этого плеча и тем самым
ход салазок.
При перемещении салазок с трубой 79 влево подающая цанга, сжимая
5*	131

ьэ
Рис. 92. Шпиндельная бабка и механизм
подачи прутка автомата 1Е140П

A-A
Рис. 93. Однооборотная муфта автомата 1Е140П
пруток, скользит по нему, так как он удерживается зажимной цангой 13.
После раскрытия цанги 13 подающая цанга 15 перемещается вправо
вместе с прутком, пока он не остановится упором револьверной головки
или качающимся упором. Далее, до окончания перемещения цанга снова
проскальзывает по прутку.	\
Однооборотная муфта (рис. 93) служит д^ля присоединения исполни-
тельных механизмов к вспомогательному валу 7 и отключения их ровно
через один (или два) оборот этого вала. Муфта состоит из полумуфты 5,
жестко связанной с валом, полумуфты 4, которая соединена торцовым
шипом с зубчатым колесом 6 и вместе с ним свободно сидит на валу,
а также, не расцепляя шипа, может перемещаться вдоль вала. Упор 2
рычага препятствует пружине 5 ввести полумуфту 4 в зацепление с полу-
муфтой 3. Фиксатор 1 удерживает полумуфту 4 от проворота.
Под действием барабанов распределительного вала рычаги с упором
и фиксатором отходят. Пружина перемещает полумуфту 4 вправо. Муфта
включается, вращение передается от вала колесу и далее барабанам подачи
и зажима прутка (или другим устройствам). Если освободить рычаги,
то упор 2 и фиксатор 1 прижимаются к вращающейся полумуфте 4.
Затем упор входит в фасонный вырез полу муфты 4, и она, продолжая
поворачиваться, отжимается от упора влево вследствие скоса. Муфта
выключается, а фиксатор 1 западает в паз. Таким образом, колесо 6
совершает ровно один оборот. При необходимости отсчитать два оборота
муфта должна быть включена дважды или упор и фиксатор должны быть
отпущены между первым и вторым оборотом.
§40. ТОКАРНЫЙ ШЕСТИШПИНДЕЛЬНЫЙ
ПРУТКОВЫЙ АВТОМАТ 1Б240-6К
Автомат предназначен для изготовления деталей из калиброванного
прутка или труб в условиях массового и среднесерийного производства,
например в подшипниковой промышленности. На станке можно обтачи-
133

вать поверхности, в том числе фасонные, сверлить, растачивать, разверты-
вать отверстия, нарезать наружную и внутреннюю резьбы.
Техническая характеристика
Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, мм....... 40
Наибольшая длина подачи материала, мм..................... 160
Частота вращения шпинделей, мин"“1 ................... 142-1600
Число поперечных суппортов................................. 6
Длительность цикла, с.................................... 6-288
Особенности конструкции. Компоновка, кинематическая схема
и конструкция узлов автомата почти те же, что и многошпиндельнбго
полуавтомата, описанного ранее. Например, в конструкции продольного
суппорта (рис. 94) различаются лишь незначительные части и размеры де-
талей. Шестигранная каретка 8 базируется на втулках 9 и перемещается
по цилиндрической направляющей, являющейся центральной трубой 10
автомата. Суппорт получает перемещение от распределительного вала
через кулисно-рычажную систему и штангу 5. Переднее положение суп-
порта устанавливают гайкой 6 упора 7. Ползун 4 перемещается по прямо-
угольной направляющей планке 5, удерживая суппорт от поворота вокруг
трубы. Клиньями 1 и 2 регулируют зазор между направляющей и ползу-
ном, а также устраняют конусность обрабатываемой заготовки.
Главные различия автомата и полуавтомата связаны с различным видом
заготовки. Для поддержания прутков, заправленных в шпиндели, слева
от автомата устанавливают стойку с направляющими трубами. Все трубы
объединены в блок, который зубчатыми колесами связан со шпиндель-
ным барабаном и поворачивается вместе с ним. Автоматические механиз-
мы подают и зажимают прутки.
Так как диаметр прутка значительно меньше диаметра заготовок
для полуавтомата, частота вращения шпинделей автомата выше, поэто-
Рис. 94. Продольный суппорт автомата
1Б240-6К
Рис. 95. Вид на суппорты автомата
1Б240-6К
134

Механизмы	0° 20° 90° 60° 80° 100° 120° 740° 180° 180° 200° 220° 290° 260° 280°300°520°390°36																	
Продольный суппорт				69°				/60°	165°			L-								
																		
Нижний передний по- перечный суппорт			59°															
											215°							
																		
Нижний задний попе-к речный суппорт								160°										
											215°							
																		
Средний задний попе-к речный суппорт			_ 56°					160°										
																		
												1	9						
Верхний задний попе- речный суппорт			99°						169°									
																		
Верхний передний по- < перечный суппорт				63°					178°		1							
											215°							
																		
Отрезной суппорт ’		25°		62°														
								1	'UJ		213°							
Подача прутка		31°																
				~79	IO				175°			ZJL	г					
Зажим прутка	12^	^38° 1			89°										V			
Упор прутка	Г	- 37			Я		126°											
			о			82°				166°									
Подъем барабана																		
					1				\									
Поворот барабана				80°				143°	170°									
Фиксация барабана			59°^		82°		139°		6SL	"*187	О							
																		
Выключение подачи																		
Включение вращения
распределительного
вала
Быстрое вращение
__I___I___I___I___L
—о------Рабочее вращение —
215° Г I I I
Рис. 96. Циклограмма работы автомата 1Б24О6К
му в его приводе главного движения отсутствует червячная передача.
Обработка заготовки из прутка должна завершаться отрезанием. С этим
связано наличие дополнительного — отрезного — суппорта СО (рис. 95).
Общее число инструментов, включая установленные на продольном
суппорте, может достигать двадцати и более. На рис. 96 показана цикло-
грамма работы автомат^ — графическое изображение положения основ-
ных механизмов станка в течение цикла. Течение цикла характеризуется
углами поворота распределительного вала.
§41. НАСТРОЙКА АВТОМАТОВ
И ПОЛУАВТОМАТОВ
Для настройки автомата или полуавтомата на изготовление опреде-
лецной детали следует: 1) разработать технологический процесс изго-
товления заданной детали, выбрать инструменты и державки к ним, ре-
жимы резания; составить расчетный лист настройки (операционную
карту обработки); 2) подобрать сменные зубчатые колеса для настрой-
ки гитар; 3) подобрать или спроектировать кулачки; 4) осуществить
135

Os
5. Расчетный лист настройки автомата 1Е140П
Заготовка: материал - сталь А12 калиброванная, пруток ф 40 III кл.
Частота вращения, мин”1: 630; 1250; 50; 320 № переходов:	2,3,4; 5; 6;	7		Сменные колеса коробки скоростей: а = 55; b = 27 Сменные шкивы: z, =24; z2 =42
Основная частота вращения — 630 мин”1	Число оборотов, потребное для изготовления одной детали,- 2510	
Время цикла - 236 с Сменные колеса коробки подач: с = 26ц d = 54; е = 37; f= 43; g = 22; h = 58
Суппорты	№ пере- хода		Содержание перехода	Ход суппор- та, мм	Подача, мм/об	Число оборотов за переход		Кулачки					
								Деления				Радиус, мм	
						действи- тельное	приве- денное						
								Число		Порядковые номера		От	До
								для ра- бочих ходов	для вспомо- гатель- ных дей- ствий	От	До		
1		2	3	4	5	6	 7	8	9	10	11	12	13
Револьверный	1	Подача прутка до упора						0,5	0	0,5	99	99
		Поворот головки						2	0,5	2,5	98	98
	2	Обтачивание ф 30, ф 24 b 11										
		и сверление отверстия ф 14	41	0,1	410	410	16,5		2,5	19	99	140
		Пауза						0,5	19	19,5	140	140
	-	Поворот головки						2,5	19,5	22	140	*
	3	Обтачивание ф 28 h 7	16	0,08	200	200	8		22	30	124	140
		Пауза						0,5	30	30,5	140	140
		Отвод головки	16	0,06	265	265	10,5		30,5	41	140	124
		Поворот головки						2,5	41	43,5	106	106
	4	Снятие фасок 1,5 X 45 °										
		и 1X45°	2,5	0,07	35	35	1,5	—	43,5	45	107,5	110

	Пауза						0,5	45	45,5	ПО	ПО
	Поворот головки						25	45,5	48	105	105
5	Сверление отверстия ф 6	21	0,06	350	175	7		48	55	106,5	127,5
	Вывод и ввод сверла						1	55	56	127	127
	Сверление отверстия ф 6	13	0,05	260	130	5		56	61	127	140
	Поворот головки						35	61	.64,5	106	106
6	Нарезание резьбы	18	1,5	12	150	6		64,5	70,5	107	122
	Реверсирование шпинделя,										
	переключение частоты										
	вращения						05	70,5	71	122	122
	Свинчивание плашки	18	1,5	12	25	1		71	72	122	107
	Поворот головки							72	*	107	
Попе- Перед- 2 речные ний	Врезание до ф 30 Пауза Отвод резца	5,5	0,025	220	(220)	(9)	(13)	(5) (14) (27)	(14) (27) *	59,5 65 65	55 65
Зад- 2 ний	Подвод накатника	/	*	(2,5)	58,5 Накатывание	1,5	0,05	30	(30)	(1,5)	(12,5)	(4)	58,5	60 Пауза	(0,5)	(4)	(4,5)	60	60										
Продольный	2 Верх- Перед- 2 ний ний	Обтачивание ф 30	15	0,05	300	(300)	(12)	(14,5) (26,5 )	65	80 Пауза	(15)	(265) (28)	80	80 Отвод резца	(28)	*	80 Снятие фаски 2X45°	2,5	0,03	85	(180)	(7)	(72)	(79)	625	65 Пауза	(05)	(79)	(795)	65	65 Отвод резца	(795)	*	65										
Зад-	7 Подвод резца	*	72	68 ний	Отрезание	12	0,04	300	630	25	72	97	68	80 Отвод резца	3	97	100	80 Итого	2020	80,5	19,5											
н- Примечания:!. Значения, отмеченные *, получаются при построении по шаблону. 2. Значения в скобках не суммируются, так
как переходы совмещены.

наладку и настройку станка; 5) произвести обработку, получив проб-
ную деталь.
При разработке технологического процесса необходимо руковод-
ствоваться следующими рекомендациями: 1) совмещать во времени
работу суппортов; 2) не выполнять черновую обработку одновременно
с чистовой или после нее; 3) размеры по длине детали, заданные с наи-
меньшими допусками, выполнять с использованием поперечных суп-
портов; 4) при обтачивании проходным резцом перекрывать зону работы
отрезного резца; 5) перед сверлением отверстий диаметром d < 10 мм
производить центрование; 6) сверление отверстий глубиной I > 4J вы-
полнять за несколько переходов.
Для проектирования дисковых кулачков, осуществляющих движе-
ние подачи и другие движения, необходимо по каждому участку профи-
ля установить наибольший и наименьший радиусы, центральный угол,
занимаемый участком, положение этого участка относительно исходной
точки контура кулачка (относительно других участков), форму профи-
ля. Разность радиусов участка профиля определяется необходимой дли-
ной хода суппорта (с учетом соотношения плеч рычагов, связывающих
суппорт с кулачком). При проектировании принято разделять диск ку-
лачка лучами на 100 равных частей, в связи с чем угол участка профиля и
его положение выражают числом делений (в сотых долях) .
. Пример расчета настройки. Рассчитать настройку токарно-револьверного ав-
томата 1Е140П для изготовления детали, эскиз которой представлен в табл. 5.
1.	Разработка технологического процесса. В качестве заготовки можно выб-
рать пруток ф 40 мм. Распределение обработки по переходам 1...7 и по суппортам,
совмещение обработки различных поверхностей показано на рис. 97 и в табл. 5.
Рис. 97. Схема технологического процесса (пример)
138

2.	Выбор режимов резания. С учетом вида обработки, материала заготовки
(сталь А12) и инструмента (проходной и отрезной резцы из твердого сплава
Т15К6, остальные инструменты - из быстрорежущей стали Р18) приняты подачи S,
указанные в графе 5 расчетного листа. При совмещенной работе наскольких инстру-
ментов одного суппорта общую подачу принимают по лимитирующему инструмен-
ту, работающему при наименьшей подаче. Приняты также следующие ориентировоч-
ные скорости главного движения резания v0, м/мин: 80 — при обтачивании цилинд-
рических поверхностей, 50 - при снятии фасок, 30 - при сверлении и отрезании,
4 — при нарезании резьбы плашкой.
3.	Определение частоты вращения п шпинделя. Исходя из диаметра обрабаты-
ваемой поверхности и ориентировочной (рекомендуемой) скорости резания v0,
определяют ориентировочную (предварительную) частоту вращения п0. При совме-
щении работы группы инструментов выявляют лимитирующий инструмент, требую-
щий наименьшей частоты вращения. Эта лимитирующая частота пл принимается в
качестве общей для всей группы. Затем по паспорту станка выбирают частоту враще-
ния п. определяют необходимые сменные шкивы и сменные колеса а/Ь.
4.	Определение длины I хода инструмента. Кроме длины обрабатываемого
участка, учитывают длину пути медленного подвода а, перебег инструмента, высоту
режущего конуса сверла и другие факторы.
5.	Определение числа оборотов пг шпинделя за время выполнения каждого пе-
рехода. В графе 6 приведены значения m —1/S при частоте п. При нарезании резьбы
S = Р, где Р — шаг резьбы. Одну из частот вращения шпинделя (максимальную или
наиболее часто используемую) принимают за основную иосн, а.остальные приводят
к ней, причем коэффициент приведения k = nQcli/n (в примере иосн = 630 мин-1).
Тогда приведенное число оборотов п/пр шпинделя за время выполнения каждого
перехода п/пр = пгк. В конце графы 7 указано суммарное число оборотов Еп/пр =
= 2020 (числа оборотов для совмещенных переходов, взятые в скобки, в сумме не
учитывают).
6.	Определение ориентировочного времени цикла. Время для выполнения рабо-
чих ходов
£^пр
t
лосн
60 =
Р
2020
------- 60= 192 с.
630
Время tx для выполнения вспомогательных движений складывается из времени раз-
жима, подачи и зажима прутка (1 с), поворотов револьверной головки (пять несов-
мещенных поворотов по 1 с), вывода и ввода сверла (1 с), выстоя резцов при за-
чистке (три несовмещенных паузы по 1,5 с), реверсирования шпинделя (0,5 с) ,
отвода отрезного резца (несовмещенная часть занимает 7 с). Итого
Гх= 1 + 1-5+ 1 +1,5*3 + 0,5 +7= 19 с.
Таким образом, ориентировочное время цикла
Т' = tn + t = 192 + 19= 211 с.
р л
7.	Определение числа делений кулачков для осуществления вспомогательных
движений. Так как на кулачке всего 100 делений, то 1 с соответствует 100:Т делений
(сотых) кулачка. В примере движениям, занимающим 1 с, соответствует 100:211 «
« 0,5 деления кулачка.
Суммируя по таблице число делений, приходящихся на несовмещенные вспомо-
гательные движения, получаем Мх = 19,5.
8.	Определение числа делений кулачков для осуществления рабочих ходов. Сум-
марное число делений, приходящихся на несовмещенные рабочие хода, Мр = 100 —
—Мх = 100— 19,5 = 80,5. Число делений на отдельный рабочий ход
Мр	80,5	пг пр
М = Tn.---------=	,
Р Snznp	Р 2020	25,1
где 25,1 - приведенное число оборотов, приходящееся на одно деление кулачка.
Округление до 0,5 деления числа М представлены в графе 8 табл. 5. Графы 10 и 11
139

содержат порядковые номера делений, соответствующие началу и концу каждого
перехода.
9.	Определение продолжительности Т цикла. Поскольку на одно деление кулач-
ка приходится 25,1 оборота шпинделя, то 100 делениям, т. е. полному циклу, соот-
ветствует Д2Ц = 2510 оборотов. Отсюда предварительно время цикла
2510
TQ = ----— 60 = ------- 60 = 239 с.
%сн	630
По паспорту станка окончательно принимаем Т - 236 с. Соответствующие сменные
зубчатые колеса с -h приведены в табл. 5.
Производительность станка при изготовлении заданной детали
Q = 3600/Г = 3600/236 « 15 шт/ч.
10.	Определение расстояния L от торца шпинделя до револьверной головки в
конце каждого перехода. Расстояние L зависит от размеров детали, определяющих
конечное положение инструмента, и от вылета его державки. На рис. 97 проставле-
ны размеры L и размеры, от которых зависит L. В рассматриваемом станке ьт|п
регулируется и должно быть в пределах 75 мм < £mjn ^135 мм. В данном случае
^min — 120.
11.	Определение радиусов кулачка револьверного суппорта. Эти радиусы долж-
ны быть в пределах 80 мм < R < 140 мм. ^щах соответствует Zmin, т. е. в примере
при L = 120 мм должно быть Я max = 140 мм.
В других случаях наибольший радиус участка кулачка R = Ятах —	— ^min) •
В данном примере R = 140 — (£ — 120) = 260 — L. Наименьший радиус участка ку-
лачка Rq = R — 7, где 7 - длина хода суппорта. Результаты определения R и RQ для
каждого перехода приведены в графах 12 и 13.
12.	Определение радиусов кулачков других суппортов. У кулачков всех суп-
портов, кроме револьверного, радиус R < ЯП1ах = 80 мм. У кулачков поперечных
суппортов R = Ятах — г, где г - радиус обработанной поверхности.
Для построения профиля кулачка используют поле диска, разбитое лучами на
100 равных секторов. На лучах, порядковые номера которых указаны в расчетном
листе, делают засечки из центра кулачка радиусами RQ (начало участка) и R (конец
участка).
Участок выстоя оформляется по дуге окружности. На участках движения пода-
чи обычно используют архимедову спираль. Для повышения точности профилирова-
ния проводят лучи не прямые, а очерченные дугой окружности (с радиусом Ят), по
которой перемещается центр ролика толкателя (рис. 98, а). Чтобы провести все
А
а)
Рис. 98. Заготовка (а) и профиль (б) кулачка револьверного суппорта
140

лучи, центр самой окружности должен смещаться по дуге окружности радиусом Ац.
При этом способе сначала строят точки, принадлежащие не профилю кулачка, а
центрам ролика толкателя. Профиль кулачка проводят как отгибающую линию,
касательную к ролику в разных его положениях.
Участки для быстрого подвода и отвода инструмента вычерчивают по специаль-
ным шаблонам. Кривые шаблона обеспечивают минимальную продолжительность
движения в сочетании с допустимым значением силы инерции.
Кулачок револьверного суппорта управляет работой многих инструментов,
поэтому его профиль наиболее сложен. На рис. 98, б показан профиль кулачка для
рассмотренного примера.
Вопросы для самопроверки
1.	Чем отличается полуавтомат от автомата?
2.	Объяснить принцип работы гидро копировального суппорта станка 1713.
3.	Как нарезается резьба с помощью инструментального шпинделя на станке
1А290П?
4.	Как производятся подача и зажим прутка на станке 1Е140П?
ГЛАВА 11.
СВЕРЛИЛЬНЫЕ И РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ
§42	. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Сверлильные станки предназначены в основном для обработки от-
верстий сверлами, зенкерами, развертками и для нарезания резьб мет-
чиками. Наиболее распространены вертикально-сверлильные станки.
Горизонтальносверлильные станки приспособлены для глубокого свер-
ления, а радиальносверлильные — для обработки крупных заготовок.
Для обработки отверстий малого диаметра служат одношпиндельные
настольносверлильные станки. В отдельный тип выделены многошпин-
дельные станки. Основной параметр, характеризующий размер стан-
ка, — наибольший условный диаметр сверления в стальных заготовках:
3...80 мм (у универсальных станков).
Расточные станки, кроме операций, выполняемых на сверлильных
станках, позволяют вести обработку отверстий, торцов и резьб резцами
и плоскостей фрезами. Наиболее широко применяют горизонтально-
расточные станки, отличающиеся большой универсальностью. Коорди-
натно-расточные станки обеспечивают повышенную точность межцентро-
вых расстояний обработанных отверстий или других размеров, опреде-
ляющих взаимное расположение поверхностей. Отделочно-расточные
(алмазно-расточные) станки позволяют получить очень высокую точность
формы расточенных отверстий, малую шероховатость их поверхности.
Основными параметрами, определяющими положение станка в размер-
ном ряду, являются диаметр шпинделя (80...320 мм), размеры стола
координатно-расточного станка.
141

§43	. ВЕРТИКАЛЬНО-СВЕРЛИЛЬНЫЙ СТАНОК
2Н135
Станок предназначен для сверления, рассверливания, зенкерования,
развертывания, зенкования, цекования, резьбонарезания метчиками в
условиях единичного и мелкосерийного производства.
Техническая характеристика
Наибольший условный диаметр сверления, мм................ 35
Число частот вращения шпинделя............................ 12	Ч	"
Частота вращения шпинделя, мин"1..................... 31,5 -1400
Число подач............................................... 9
Подача, мм/об........................................ 0,1-1,6
Основные узлы и движения. Инструменту, закрепленному в шпин-
деле сверлильной головки СГ (рис. 99), сообщают вращательное главное
движение и вертикальное движение подачи. Заготовка, установленная
на столе С, в процессе резания неподвижна. Несущая колонка К прикреп-
лена к плите П и снабжена вертикальными направляющими типа ласточ-
кина хвоста для установочного перемещения стола и сверлильной голов-
ки. В сверлильной головке размещена коробка подач, сверху к ним
примыкает коробка скоростей КС.
Кинематическая структура (рис. 99). Цепь главного движения сое-
диняет электродвигатель Ml со шпинделем VI через коробку скоростей
с блоками 25—30—35, 35—42, 50—15. Уравнение этой цепи при минималь-
ной частоте вращения шпинделя
1у1сп 30
wmin 1450
25
35
15 25
42 50
—	31,5 мин" 1.
СП	’
Цепь подачи связывает прямолинейное движение шпинделя вдоль
оси с его вращением. Эта цепь состоит из постоянных зубчатых передач
34/60, 19/54, передач коробки подач с блоками 16-31-45 и 26-31-36,
соединительной муфты М2, предохранительной муфты М3, червячной
передачи 1/60, реечной передачи с колесом 13 и рейкой с т — 3 мм. Зубья
рейки нарезаны на гильзе, несущей опоры шпинделя. Уравнение кинема-
тической цепи при максимальной подаче
с	. 34 19 45 36 1 о io 1 г / «
= 1	—- —-----------я-3*13 = 1,6 мм/об.
тах 60 54 16	26 60
Штурвальное устройство сверлильной головки (разрез А—А) позво-
ляет вручную подвести инструмент к заготовке (и отвести его), вклю-
чить и выключить рабочую подачу, ускорить движение без выключения
рабочей подачи, осуществить подачу, используемую при нарезании резьбы.
Из четырех полумуфт М4 и М5 с валом XII шлицами связана ведомая
часть вм. Она получает вращение от штурвала Р1 через ведущую часть
ЛГ4вш ПРИ подводе. По окончании подвода для врезания требуется боль-
шой крутящий момент, который не может быть передан зубьями муфты
М4, сжатыми пружиной на валу XII. Полумуфта М4вм отжимается, прео-

143

долевая пружину, муфта М5 включается и передает вращение валу XII
от червячного колеса 60 через собачки С и полумуфту ЛГ4ВМ. Если необ-
ходимо опередить вручную рабочую подачу, вал XII поворачивают штур-
валом непосредственно через штифт Illi,
при этом собачки С проскакивают по
зубьям торцового храповика на полу-
муфте ЛГ5вщ. Этот храповой механизм
является механизмом обгона. Ручная
подача для нарезания резьбы включается
нажимом колпачка со штифтом IU3 (на
рисунке включена); тогда вращение от
штурвала передается через штифты Ш4,
ШЗ, IU2.
Лимб Л связан с валом XII переда-
чей 13/38 с внутренним зацеплением
и позволяет вести отсчет глубины обра-
ботки, а также настраивать положение
кулачка, реверсирующего шпиндель, и
кулачка, отключающего подачу на задан-
ной глубине (отключающего предохрани-
тельную муфту Л/з).
Рис. 100. Шпиндельный узел вертикально-свер-
лильного станка
Рис. 101. Устройства для закрепления инстру-
мента в сверлильных станках
й)
144

UV Механиз ручного перемещения сверлиЛЬнойЗоловки -состоит из чер-
вячной передачи 1/46, реечного колеса 10 на валу XIV и рейки с т = 4 мм,
привернутой к колонне. Колесо 10 перекатывается по рейке и переме-
щает головку.
Механизм перемещения стола состоит из рукоятки Р2, конической
передачи 16/42, передачи винт—гайка с шагом Р = 6 мм.
Конструкция шпиндельного узла (рис. 100). Опоры шпинделя 4
смонтированы в гильзе 5. В радиальном направлении шпиндель удержи-
вается шарикоподшипниками 2 и 7. Основную осевую нагрузку воспри-
нимает упорный подшипник 6, а вес шпинделя - подшипник 3. Предвари-
тельный натяг в подшипниках 3 и 6 регулируют гайкой 1. Шлицевой
хвостовик шпинделя получает вращение от коробки скоростей. Рейка,
нарезанная на гильзе 5, сообщает шпинделю движение подачи. Рычаг 8
служит для выталкивания хвостовика инструмента из шпинделя и дейст-
вуем при подъеме шпинделя, когда втулка 9 упирается в корпус свер-
лильной головки.
Устройства для закрепления инструментов. Конический хвостовик
инструмента может быть установлен в коническое отверстие шпинделя
непосредственно или с помощью переходных втулок (рис. 101, а). Инстру-
менты с цилиндрическими хвостовиками закрепляют в кулачковом или
цанговом патроне, вставленном в шпиндель. Быстросменный патрон
(рис. 101, б) допускает смену инструмента на ходу. Втулка 2 с инстру-
ментом удерживается в корпусе 1 патрона шариками 3. При подъеме
кольца 4 шарики выходят из лунок втулки 2 в выточку кольца — втулка
’ освобождается.	I
Инструменты устанавливают также в специальные головки, закреп-
ленные на гильзе шпинделя. В револьверной головке может быть от
двух до семи последовательно работающих инструментов. У многошпин-
дельных головок либо постоянное расположение шпинделей, либо можно
изменять расстояние между осями одновременно работающих инстру-
ментов. Применение головок значительно повышает производительность
труда.
§44	. РАДИАЛЬНО-СВЕРЛИЛЬНЫЙ
СТАНОК 2554
Станок предназначен для сверления, зенкерования, развертывания
отверстий, нарезания резьбы метчиками в крупных корпусных деталях
в условиях единичного и крупносерийного производства. Применение
специальной оснастки позволяет. вырезать круглые пластины из листа
или внутренние круглые канавки, выполнять операции, характерные
для расточных станков.
Техническая характеристика
Наибольший условный диаметр сверления, мм........... 50
Вылет шпинделя от направляющих колонны, мм.......... 350—1600
Число частот вращения шпинделя.......................... 25
Частота вращения шпинделя, мин~1 ................... 18 -2000
Число подач............................................. 21
Подача, мм/об........................................ .0,05-5
145

Основные узлы и движения.
Заготовку закрепляют на фундамен-
тной плите 1 (рис. 102). Все движе-
ния совершает шпиндель сверлиль-
ной головки 2. Он вращается
(главное движение), перемещается
вдоль оси (движение подачи), пере-
двигается при переходе от отвер-
стия к отверстию вместе с голов-
кой по рукаву 3 и вместе с рука-
вом вокруг колонны 4. Рукав
можно также перемещать верти-
кально по прямоугольным направ-
ляющим колонны. Наверху свер-
лильной головки расположены ко-
Рис. 102. Радиально-сверлильный станок робки скоростей и подач, а также
2554	гидравлические механизмы перек-
лючения.
Кинематическая структура (рис. 103). Цепь главного движения
соединяет асинхронный электродвигатель Ml со шпинделем VI. Фрик-
ционная муфта Mi 1 реверсирует шпиндель, соединяя с валом I колеса
38-33 или 34 (последнее передает движение на вал II через паразитное
колесо 22). Муфтой управляет гидропривод, обеспечивающий три поло-
жения. В среднем (нейтральном) положении муфта выключена, движе-
ние на вал II не передается, включен сблокированный с муфтой тормоз Т.
Коробка скоростей содержит, кроме того, четыре двойных блока и сопря-
женные с ними колеса.
Шпиндель VI своим шлицевым хвостовиком получает вращение
от втулки, по которой может перемещаться колесо 28. Это колесо пере-
дает вращение от колеса 50 на валу V или от внутреннего зубчатого вен-
ца 28, соединенного с колесом 65 и работающего как зубчатая полу-
муфта. Таким образом, теоретически может быть получено 32 частоты
вращения шпинделя по часовой стрелке и 16 — против часовой стрелки.
Однако часть частот вращения совпадает. Уравнение кинематической
цепи главного движения при максимальной частоте вращения
26 38 25
«max 1460 38	38 35
35
25
36 50	_ 1
--------— 2000 мин .
32 28
Привод подач обеспечивает осевое перемещение гильзы со шпинде-
лем. Коробка подач охватывает валы VII...XI и получает движение от
шпиндельной шлицевой втулки через передачу 36/44. Затем следуют
две тройных группы передач,- причем колесо 40 на валу VIII принадле-
жит обеим группам.	»
На валу XII закреплены три зубчатых венца: 49-32-18 (внутрен-
ний). Движение на вал XII может быть передано с вала IX напрямую
при сцеплении наружного и внутреннего венцов 18 (образуют зубчатую
муфту), либо через вал X (передачи 42/21 и 32/32), либо через вал XI
(передачи 18/47 и 16/49). Теоретически может быть получено 27 подач,
однако часть из них совпадает.
146

Рис. 103. Кинематическая схема радиально-сверлильного станка 2554
С вала XII на вал XIV движение поступает через предохранительную
и управляющую муфту М2- Она срабатывает при перегрузке, а также
при достижении заданной глубины сверления. За ней следуют червяч-
ная передача 1/48 и реечная передача с колесом 13 (А-А). Зубья рей-
ки с т = 3 мм нарезаны на гильзе, несущей опоры шпинделя.
Уравнение цепи минимальной подачи (за один оборот шпинделя)
с	. 36 18	18 18	16	1	, и_ппс /
*^min	1 44 40	45 47	49	48 я*3*13	0,05	мм/об.
147

Рис. 104. Механизмы управления подачей станка 2554

Гильза со шпинделем уравновешены спиральными пружинами, кото-
рые регулируют рукояткой Р2 через передачу 1/80. Быстрое осевое пере-
мещение невращающегося шпинделя возможно от электродвигателя М2,
передающего движение через зубчатую муфту М3, коническую передачу
19/40, муфту ЛГ2. Тонкую ручную подачу осуществляют маховичком Р1,
который при вращении нажимают, зацепляя конические колеса 21 и 29.
Рукоятки штурвала РЗ служат для быстрого ручного перемещения
или грубой подачи шпинделя, а также для включения цепи механической
подачи. Нажимая на рукоятки ”от себя” (на схеме влево), сдвигают
толкатель ТЛ вправо. При этом муфта М4 включается, червячное коле-
со 48 соединяется с реечным колесом 13, становится возможной механи-
ческая подача. При повороте рукояток ”на себя” муфта М4 выключается,
a Ms включается; появляется возможность поворачивать штурвал с
реечным колесом 1|ри неподвижном червячном колесе, т. е. произво-
дить грубую ручную подачу.
Сверлильную головку перемещают по рукаву вручную с помощью
маховика Р4 и колес 16, 24 по нижней рейке с m = 2 мм или от гидро-
мотора ГД колесом 16 по верхней рейке.
Привод вертикального перемещения рукава включает в себя электро-
двигатель М3, зубчатые передачи 33/55 и 16/48, передачу винт—гайка с
шагом Р = 6 мм. Крутящий момент передается с ротора на первое коле-
со 33 через шариковую предохранительною муфту М6.
Зажим сверлильной головки на рукаве, рукава на колонне и самой
колонны (от поворота) осуществляют гидроцилиндры. Для зажима
колонны используются плунжер—рейка и передача винт—гайка. В осталь-
ных случаях поршни действуют через рычажные системы.
Конструкция штурвального устройства механизма подач (рис. 104).
Механическую подачу включают поворотом рычагов 15 штурвала от себя.
При этом ползушка 18 выталкивается из паза толкателя 9, и вводился
профильным концом во впадину внутреннего зубчатого венца 3, червяч-
ное. колесо 2 привода соединяется с корпусом 4 ползушек. Корпус 4
через шлицы передает вращение полому валу 1 реечного колеса, которое
перемещает гильзу 20 со шпинделем.
При повороте рычагов 15 на себя ползушка 18 выходит из зацепления,
а ползушка 11 выталкивается и вводится в зацепление с зубчатым вен-
цом 7. Теперь с корпусом 4 связана ступица штурвала.
При перемещении ползушки 11 взаимодействуют упоры 12 и 13,
подпружиненный диск 5 отжимается влево и стержнем 17 нажимает
микропереключатель 19 — включается механическая подача. Для выклю-
чения механической подачи при достижении заданной глубины настраи-
вают положение кулачка 14 относительно микропереключателя 16;
при этом пользуются шкалой лимба 6, который крепится гайкой 8.
Маховиком 10 перемещают сверлильную головку по рукаву.
149

§45. ГОРИЗОНТАЛЬНО-РАСТОЧНЫЙ СТАНОК
2А620Ф2-1
Станок 2А620Ф2-1 предназначен для обработки консольным ин-
струментом корпусных деталей с отверстиями, соосными или распо-
ложенными в разных плоскостях. На станке можно сверлить, зенке-
ровать, растачивать, развертывать отверстия, обтачивать торцы, фрезе-
ровать плоские и фасонные поверхности, нарезать резьбу в условиях
единичного и серийного производства.
Техническая характеристика
Диаметр выдвижного шпинделя, мм......................... 90
Размеры рабочей поверхности стола, мм...............1120Х1250
Число частот вращения:
шпинделя........................................... 23
планшайбы........................................... 15
Частота вращения, мин”1:
шпинделя......................................... 10-1600
планшайбы......................................... 6,3—160
Число подач............................................. 31
Подача, мм/мин:
столаибабки. .*...................................   1,25-1250
выдвижного шпинделя............................... 2-2000
радиального суппорта.............................. 0,8-800
Основные узлы и движения. Заготовку закрепляют на столе СЛ
(рис. 105), который может поворачиваться вокруг вертикальной оси
(координата В) и перемещаться по горизонтали вдоль оси шпинделя
и поперек (координаты W и X, см. рис. 44, в). Нижние салазки кресто-
вого стола базируются на станине СН (рис. 105), к которой прикрепле-
на стойка СК. По вертикальным направляющим стойки может переме-
щаться шпиндельная бабка ШБ (координата У).
Рис. 105. Кинематическая схема
150

Шпиндель имеет сдвоенную конструкцию: из фрезерного шпинделя
может выдвигаться расточный шпиндель (движение подачи при обра-
ботке отверстий). Особенностью станка является суппорт СП, переме-
щающийся с резцом в радиальном направлении по вращающейся план-
шайбе//; это позволяет обтачивать торцы, протачивать канавки, раста-
чивать большие отверстия.
Главным движением резания является вращение шпинделя или план-
шайбы с инструментом. Все движения стола и шпиндельной бабки обеспе-
чивают подачу или позиционирование. Фасонный контур фрезеруют,
используя одновременные движение бабки и стола.
Кинематическая структура (рис. 105). Привод главного движения
включает в себя асинхронный электродвигатель MJ, группу из двух
горизонтально-расточного станка 2А620Ф2-1
151

передач, переключаемых электромагнитными муфтами Мх и М2, две
группы передач с тройными блоками 55-72-65 и 35-60-19. При пере-
ключении блок 35-60-19, не выходя из зацепления с колесом 19 вала
IV, может переключиться с колеса 61 вала VI на колесо 48, а затем, оста-
ваясь в зацеплении с последним, переключиться с колеса 19 вала IV на
колесо 44. От вала VI цепь разветвляется. На фрезерный шпиндель VIII,
с которым по скользящей посадке соединен расточный шпиндель VII,
крутящий момент передается через передачу 30/86 или зубчатую муфту
М3 и передачу 47/41. Шпиндель IX планшайбы получает вращение через
зубчатую муфту М4 и косозубую передачу 21/92. На схеме показано
положение передач при минимальной частоте вращения шпинделей (если
включена муфта М{). Соответствующее уравнение кинематического
баланса для фрезерного шпинделя имеет вид
1САА 32 18 19 19 30
«min = l500— — — — — = 10,3- 10 мин .
При одинаковом включении муфт Мi, М2 и блоков планшайба вращает-
ся примерно в 1,5 раза медленнее шпинделя.
Двигатель постоянного тока М2 мелкоступенчато регулируется в ши-
роких пределах (диапазон регулирования 1000) и служит источником
движения для четырех цепей подач.
Цепь продольной подачи содержит валы X, XI, XII, XIII и ходовой
винт XIV, причем должна быть включена муфта М5. Уравнение кинемати-
ческого баланса для этой цепи
22 25 49
Vc ~пъ 77“ "77" 10 мм/мин,
^прод э 62 49	39
где иэ — частота вращения ротора электродвигателя М2, мин” \
Цепь вертикальной подачи связывает валы X, XV, XVI, XVII, XVIII и
ходовой винт XIX (включейа муфта М6). Ходовой винт неподвижно
закреплен на стойке, гайка вращается и перемещается по винту. Уравне-
ние кинематического баланса
40 58 40 41 47 1Л .
Ус “	"77" ТГ" ТТ” “77“ ~ Ю ММ/МИН.
^верт э 32 64 48 47 47
Чтобы исключить падение шпиндельной бабки при обрыве троса
противовеса (передача винт—гайка качения не имеет самоторможения),
предусмотрено автоматическое включение муфты М7 на валу XVII, замы-
кающей цепь вертикальной подачи на корпус.
Движение осевой подачи выдвижному (расточному) шпинделю VII
передается ходовым винтом XXVII, который при обработке цилиндри-
ческих отверстий получает движение через валы X, XV- XXIV, XXV,
XXVI при включенной муфте М8. Уравнение кинематического баланса
40 4	44	32	1П .	,
Ус =Пъ	—— —	—— —	10	ММ/МИН.	'
ЛОС э	32	29	16	31	'
Суппорт планшайбы осуществляет движение радиальной подачи с
помощью двигателя М2 через коническую передачу 40/32, червячную
152

передачу 4/29, цилиндрическую передачу 64/50 (при включенной муф-
те М9*), дифференциальный механизм (с вала XXVIII на вал XXX), коле-
са 35-100 (паразитное) — 23, коническую передачу 17/17, червячно-
реечную передачу с шагом Р = 16 мм.
Чтобы понять необходимость дифференциала, рассмотрим взаимо-
действие звеньев без него. При выключенном двигателе М2 колесо 35
и колесо 100, свободно сидящее на шпинделе IX планшайбы, неподвижны.
При вращении планшайбы колесо 23 на валу XXII совершает планетар-
ное движение, обкатываясь по неподвижному колесу 100 и вращаясь
вокруг своей оси. Радиальный суппорт движется при выключенном двига-
теле подачи, что недопустимо.
Формула Виллиса связывает числа зубьев колес дифференциала и
частоты вращения его валов:
где в данном случае nlf п0 и п4 — соответственно частоты вала XXVIII,
водила XXIX вместе с колесом 21, вала XXX} zx = 16 на валу XXVIII}
z2 = 32; z3 = 16, z4 — 23; т = 2 — число наружных зацеплений в диф-
ференциале. Следовательно,
пх — п0 32 23	23	*	8	15
п4 — пГ Тб~ ~ V; ”4 “ ~23 П1 + гГ •
Отсюда при «1=0 передаточная величина от водила к валу XXX /q_4 =
= n4/nQ = 15/23. Йспользуя это значение, определим частоту вращения
колеса 100 при частоте вращения планшайбы пп:
92 15	35
о о — ^гт - --- ----- = п„.
п 21 23	100 п
Так как частоты оказываются равными, то колесо 100 при выключен-
ном двигателе М2 вращается синхронно с планшайбой. Вследствие этого
нет обката колеса 23 по колесу 100, они вращаются как единое целое —
суппорт не получает радиального движения.
На движение колеса 100 вместе с планшайбой накладывается его
вращение от двигателя М2. Чтобы составить уравнение кинематического
баланса для цепи радиальной подачи, надо определить передаточную
величину //_4 от вала XXVIII к валу XXX, приняв в формуле для п4
частоту вращения водила и0 = 0. Получим ix_4 = п4/пх = 8/23. Уравне-
ние имеет следующий вид:
Гс = иэ
драд J
40 4	64	8
32 29 50 23
35	100	17	1Г	,
--------------15	мм/мин.
100	23	17
Резьбу с шагом Рд можно нарезать, связав вращение выдвижного
шпинделя с его осевым движением или вращение планшайбы с продоль-
ным перемещением стола. Цепь согласования движений при нарезании
резьбы выдвижным шпинделем связывает валы VII(VIII), VI, XX, XXI,
XV, XXIV, XXV, XXVI, XXVII. При этом настраивается гитара сменных
колес между валами XX и XXI. Уравнение кинематического баланса
153

1	86 a
1 об. шпинделя-----------
30 94 b
£_ 11 _±_	22_
d 36 29 16 31	Д*
Двигатель постоянного тока М3 служит источником движения для
двух цепей подач. Цепь поперечных подач связывает двигатель с ходовым
винтом XXXIX через зубчатые колеса 24, 82, 82 (при включенной муф-
те 3). Уравнение кинематического баланса
24 82 1П .
~----~ 10 мм/мин.
дпоп э 82	82
Цепь круговых подач передает движение от двигателя М3 на поворот-
ный стол через колеса 24, 82, 82, 52, включенную муфту Мг 4, червячную
передачу 2/35, передачу с внутренним зацеплением 13/188.
Во всех цепях установлены электромагнитные тормоза Т1...Т6. Руч-
ной привод при отладке станка осуществляется с помощью хвостовиков
Р1...Р4, Р6, Р7. При эксплуатации для ручного перемещения служит штур-
вал Р5 на валу XXXI. Муфта обгона Mi i предотвращает вращение штур-
вала при включении двигателя М2. Цри включенной муфте Мг 2 движе-
ние от штурвала передается через передачи 25/50 и 45/54 на червяк 4 и.
вал XV. В зависимости от того, какая из муфт (М5, М6,М9, М9) включе-
на, будет осуществляться ’’тонкое” перемещение стола (продольно),
шпиндельной бабки, выдвижного шпинделя или радиального суппорта.
Если муфты Mi 2 и М8 выключены, а М10 включена, то происходит быст-
рое ручное перемещение выдвижного шпинделя через передачи 25/50,
24/24, 54/54, 62/44, 44/16, 32/31 и винт-гайку (вал XXVII).
Лимб Л1 через планетарный механизм 14-49-50, винтовую зубча-
тую передачу 30/15 и прямозубую передачу 90/33 связан с цепью переме-
щения радиального суппорта, а лимб Л2 — с приводом осевого перемеще-
ния шпинделя; по лимбам отсчитывают соответствующие перемещения.
Особенности конструкции. Расточный шпиндель вращается и дви-
гается поступательно в опорах скольжения в виде длинных тонкостен-
ных втулок. Фрезерный шпиндель и шпиндель планшайбы базируются в
подшипниках качения.
В боковых направляющих применены ’’танкетки” — типовые опоры
с роликами, циркулирующими по замкнутому контуру. Подвижные
узлы зажимаются на направляющих гидравлическими устройствами,
которые действуют автоматически при включении-выключении механи-
ческого движения. Стол можно поворачивать на любой угол с отсчетом
по оптическому устройству: поворот через 90° автоматизирован.
Станок оснащен позиционной системой ЧПУ, которая позволяет
программировать перемещения по координатам X, У, W, В (последняя —
поворот стола через 90°). Движения по осям X и У могут<быть одновре-
менными. Дискретность перемещения 0,01 мм.
154

§46. КООРДИНАТНО-РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ
Координатно-расточный станок 2Е450АФ1 предназначен для обработ-
ки отверстий с высокоточным взаимным расположением осей в прямо-
угольной (иногда полярной) системе координат, а также для легких
фрезерных работ. Отверстия сверлят, зенкеруют, развертывают, а самые
точные (или крупные) растачивают. Плоскости обрабатывают торцовыми
и концевыми фрезами, резцами. Резьбу в отверстиях нарезают метчи-
ками. На станке можно производить разметку, проверять точность дета-
лей, обработанных на других станках. Станки применяют в инструменталь-
ных и производственных цехах при единичном и серийном производ-
стве точных деталей без специальной оснастки.
Класс точности станка — А. Точность установки межцентровых рас-
стояний (вручную) — до 0,006 мм.
Техническая характеристика
Размеры рабочей поверхности стола (ширинах
Хдлина),мм.............................................. 630X1120
Цена деления отсчета на экране, мм...................... 0,001
Основные узлы и движения. Со стойкой СК (рис. 106, а)
через блок направляющих соединена шпиндельная коробка ШК. Враще-
ние вертикального шпинделя с инструментом является главным движе-
нием резания. Шпиндель может перемещаться вдоль оси вместе с гильзой,
несущей его опоры, или со своей шпиндельной коробкой. Движение гиль-
зы используется для вертикальной подачи, движение коробки служит
установочным перемещением. Коробка скоростей КС располагается
сверху.
Стойка прикреплена к станине СП. По направляющим станины пере-
мещаются салазки СЗ (поперечное движение), а по ним — стол СЛ (про-
дольное движение). Направляющие стола и салазок — роликовые, они
служат для позиционирования или подачи заготовок, установленных
на столе.
Кинематическая структура (рис. 106). Привод главного
движения состоит из электродвигателя постоянного тока Ml, клино-
ременной передачи 0162/0194, коробки скоростей, в которую входят
постоянная передача 50/70 и переключаемые передачи 33/87, 70/50. Пере-
ключение производит серводвигатель М3 через колеса 20/30 и рычаг.
Шпиндельная коробка и гильза перемещаются от общего электро-
двигателя постоянного тока М2. За клиноременной передачей 080/080
следует редуктор с двумя червячными передачами. При включении элект-
ромагнитной муфты Mi движение с вала V передается через передачи
2/34, 22/15, 4/24 на реечное колесо 20 и рейку с m = 2 мм, закрепленную
на коробке. При включении муфты М2 работают передачи 4/34, 26/24,
1/42. На гильзе нарезана рейка с тп = 3 мм. Вал IX реечного колеса 16
может быть связан с червячным колесом 42 или отсоединен от него в
зависимости от того, разведены или сведены рукоятки Р1 относитель-
но ступицы. В первом случае гильза подается механически от двигателя
М2 или маховичком тонкой подачи Р2. Во втором случае при повороте
155

Датчик стола
(салазок)ДС
50
95
КС
N^jKBr.h-nOOHuH-1
C/1
x-g/j
- 95
N-IOBr
\пж0,бмин1
xvi/fU50
22
22
РЧОмм
90
XVI//
29
90
XV/
90
A-A
221
U1
a)
Рис. 106. Кинематическая схема координатно-расточного станка 2Е450АФ1
Датчик каретки
90
Р~1мн u
S)
980 9199	9162
^0,75кВт:п-2200минч (/¥/
SO
05 15

C3
V///
39
50.
Рейка
та3мм
CK
ОПКЗ ЗПК2 ЭПК1
0,75 кВт ',n =2200мин ~f

15
95
25г>
24
90
б)
30
90
N=13dt \
п^ЗбООмин1
156

рукояток Pl со ступицей происходит ускоренное перемещение. Гильза
и шпиндельная коробка уравновешены грузами Г1 и Г2.
Приводы перемещения стола и салазок одинаковы. На схеме пока-
заны приводы с двигателями постоянного тока М4 (для стола) и М5
(для салазок), питающимися от тиристорных преобразователей. За дви-
гателем находятся клиноременная передача 090/073, червячная переда-
ча 4/18, передачи 20/50 или 50/20 с управлением от муфтМ4, М3, ходо-
вой винт качения Р = 10 мм. Применение высокомоментного электро-
двигателя в другой модификации станка (рис. 106, г) максимально
упрощает кинематическую структуру: двигатель соединяется непосред-
ственно с ходовым винтом.
Стоящие стол, салазки и шпиндельная коробка зажаты соответствен-
но пружинами Ш, П2, ПЗ. Чтобы не деформировать роликовые направ-
ляющие и не сбивать стол и салазки при зажиме, гибкие металлические
ленты Л, прикрепленные к подвижным узлам, прижимают рычагами к
неподвижным планкам.
Разжим производят пневмоцилиндры Ц1, Ц2, ЦЗ. Сжатый воздух
из пневмосети поступает через влагоотделитель ВО, регулятор давления
РД, маслораспылитель МР, обратный клапан ОК к электропневматичес-
ким клапанам ЭПК, управляющим пневмоцилиндрами.
Отсчетная система (рис. 107). Главной составной частью
системы для каждой координаты является стеклянная мера 4 — линей-
ка с делениями в виде штрихов (рисок) через 1 мм (на рис. 107 показа-
на в поперечном сечении). Плоскость, на которой нанесены штрихи,
прикрыта защитной линейкой 3. Лучи от осветителя 1, проходя через
прозрачную линейку 4 между непрозрачными штрихами, направляются
зеркалом 6 на экран 7, создавая изображение штрихов. Системы линз
2 и 5 показаны обобщенно; вместе с рядом других неизображенных
оптических деталей они изменяют направление лучей, увеличивают изобра-
жение. С их помощью достигают равномерности освещенности экрана,
четкость изображения, наладочное смещение изображения риски на экране.
В плоскости экрана есть шкала 8 со ста делениями. Расстояние
между крайними делениями 75 мм, что соответствует 1 мм меры (увели-
чение оптической системы 75*). На шкалу экрана проецируется обычно
изображение 9 одного штриха меры, которое перемещается вдоль шкалы
при движении стола (все сказанное о столе относится и к салазкам).
Перемещение изображения штриха на одно деление шкалы экрана соответ-
ствует 0,01 мм перемещения стола. Дополнительная шкала 10 на экране
служит для отсчета микрометров (0,001 мм) .
Система предварительного набора коодинат.Ус-
тановка очередной координаты вручную занимает довольно много време-
Рис. 107. Упрощенная схема оптического отсчетного устройства
157

ни и, многократно повторяясь, утомляет рабочего, что сказывается на точ-
ности отсчета. Система предварительного набора координат позволяет
.рабочему, не дожидаясь окончания обработки, например, одного отверс-
тия, установить переключателем на специальном пульте значения коор-
динат х и у следующего отверстия. По окончании текущей обработки
достаточно нажать кнопку, чтобы произошло автоматическое перемеще-
ние в очередное положение.
При грубом позиционировании отсчет ведется до 0,01 мм, погреш-
ность не превышает ±0,05 мм. Датчиком ДС стола (салазок) является
блок (рис. 106, б), объединяющий четыре сельсина и связанный с ходо-
вым винтом. На длине хода стола 1000 мм, чтобы вести отсчет до 0,01 мм,
необходимо различать 100 000 положений. Каждому положению стола
соответствует определенное положение сельсинов (подробнее о сельси-
нах см. в § 21). Каждый сельсин в блоке соответствует определенному
разряду десятичного числа, причем сельсин С1, ближайший к ходовому
винту, отсчитывает, десятые и сотые доли миллиметра, а сельсин С4 —
сотни миллиметров.
При отработке координаты сигнал от каждого сельсина в виде изме-
няющейся фазы напряжения преобразуется в цифровую форму и сравни-
вается с числом, заданным в соответствующем разряде на пульте. При
совпадении чисел одновременно во всех разрядах стол останавливается.
Точное автоматическое позиционирование предполагает использо-
вание описанной сельсинной системы и более точную последующую довод-
ку с управлением от фотоэлектрического датчика. Отсчет ведется до
0,001 мм, отклонение от заданного положения — не более 0,008 мм.
Фотоэлектрический датчик содержит фоторезистор, который под
действием света вырабатывает электрический сигнал. Луч от осветителя
раздваивается в одной из линз оптического устройства (см. рис. 107)
и попадает на фотодатчик 11. Когда мимо фотодатчика проходит изобра-
жение штриха меры, освещенность фоторезистора меняется, что сопровож-
дается резким изменением его сигнала. Система управления улавливает
этот момент и останавливает движение стола.
Чтобы отработать целое число миллиметров, достаточно пропустить
мимо фотодатчика промежуточные штрихи, а заданный штрих остано-
вить. О подходе заданного штриха сигнализируют сельсины, связанные
с ходовым винтом стола.
Если размер координаты выражен числом с дробью, то предваритель-
но каретка, на которой расположен фотодатчик, сдвигается от нулевого
положения на расстояние, соответствующее этой дроби. Для этого служит
дополнительный блок из трех сельсинов СК1, СК2, СКЗ, который кинема-
тически связан с винтом (Р= 1 мм) перемещения каретки (см. рис. 106, в).
На дополнительном переключателе пульта набирают дробйую часть разме-
ра. Автоматически включается электродвигатель постоянного тока Мб.
Перемещение каретки сопровождается вращением роторов сельсинов.
Сельсины каретки работают аналогично сельсинам стола и 'останавливают
фотодатчик в заданном положении. С ромощью системы предварительного
набора координат производится многоступенчатое снижение скорости по
мере приближения к заданному положению.
158 ’

На станке имеется цифровая индикация, позволяющая высветить
на экране значение расстояния между текущим положением и исходным
(или заданным при предварительном наборе координат).
Другие координатно-расточные станки различаются прежде всего
компоновкой и отсчетными системами. Помимо небольших одностоеч-
ных, есть более крупные станки с двумя стойками, образующими портал.
В этих станках могут быть две шпиндельные бабки: одна непосредственно
на стойке, другая — на поперечине, которая перемещается по стойкам.
В двухстоечных станках заготовка со столом перемещается лишь по
одному координатному направлению. В других направлениях движется
шпиндель (относительно бабки или вместе с ней) .
В отсчетных системах применяют меры, нанесенные не только на
стекла, но и на зеркальную поверхность металлической масштабной
линейки, которая отражает лучи. Используют также индуктивные датчи-
ки со специальными отсчетными винтами или индуктосины (см. § 21).
Очень разнообразны устройства, отсчитывающие дробну)о часть размера.
Системы ЧПУ обеспечивают автоматизацию как позиционирования,
так и контурной обработки. Созданы станки с автоматической сменой
инструмента.
Вопросы для самопроверки
1.	Как закрепляют и снимают инструмент на сверлильных станках?
2.	Как работает штурвальное устройство радиально-сверлильного станка 2554?
3.	Объяснить принцип действия системы предварительного набора координат
станка 2Е450АФ1.
ГЛАВА 12.
ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ
§47. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Фрезерные станки — одна из самых многочисленных групп станков.
На них обрабатывают наружные и внутренние, плоские и фасонные по-
верхности, в особенности на рычагах, планках, корпусных и других дета-
лях, не являющихся телами вращения, делают местные вырезы и срезы,
прорезают прямые и винтовые канавки, нарезают зубья колес и резьбы.
Различают станки общего назначения, специализированные и специаль-
ные. К первым относятся горизонтально-, вертикально- и продольно-фре-
зерные станки, к специализированным — шпоночно-фрезерные, копиро-
вально-фрезерные и др.
Обработка ведется многолезвийным инструментом — фрезами самь/х
разнообразных профилей и конструкций. У всех фрезерных станков
главным движением является вращение фрез. Основными размерами,
характеризующими фрезерные станки, являются размеры рабочей поверх-
ности стола: ширина 100...5000 мм, длина 400... 16000 мм и более. Конст-
рукция станков зависит прежде всего от размеров обрабатываемых заго-
товок, закрепляемых на столе.
159

§48. ГОРИЗОНТАЛЬНО-ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ
Широкоуниверсальный консольно-фрезерный станок 6Р82Ш является
наиболее сложным по сравнению с простыми и универсальными горизон-
тально-фрезерными станками. Он предназначен для работы в условиях
индивидуального производства и позволяет не только прорезать пазы,
винтовые канавки и т. п., но и обрабатывать объемные фасонные поверх-
ности штампов, металлических моделей. Возможна также обработка
поверхностей, наклоненных под любым углом, а также выходящих за
габариты стола. Класс точности станка — П.
v	Техническая характеристика
Размеры рабочей поверхности стола (длинахширина) , мм . . . 1250X320
Частота вращения, мин“1:
горизонтального шпинделя ...............................31,5—1600
шпинделя поворотной головки.................  .	. . . 50—1600
Подача, мм/мин:
продольная и поперечная.................................. 25—1250
вертикальная.......................................8,3-416,6
Основные узлы1 и движения (рис. 108). Станина 1 является основным
несущим узлом, по вертикальным направляющим которого может пере-
мещаться консоль 2. Консоль представляет собой крупную коробку,
закрепленную с одной стороны. Сверху на консоли есть направляющие
для поперечного движения салазок 3. По салазкам возможно продоль-
ное движение стола 4 с заготовкой. Прямолинейные движения заготовки
в трех направлениях служат для подачи, углубления или первоначальной
установки. В консоль встроена коробка подач. Привод главного движения
с коробкой скоростей 9 смонтирован в станине и заканчивается горизон-
тальным шпинделем, конец которого выступает над столом.
Наверху станины распо-
ложен выдвижной хобот £,
в который встроен привод
шпинделя поворотной го-
ловки 7, в том числе
дополнительная коробка
скоростей. Со шпинделем
поворотной головки может
быть состыкована наклад-
ная головка 6. Первая из
головок имеет две оси
поворота: горизонтальную
(ось хобота) и перпендику-
лятную к ней. Накладная
головка 6 мржет поворачи-
Рис. 108. ШирокоуниверсалЬ-
ный консольно-фрезерный ста-
нок 6Р82Ш
160

ваться вокруг третьей оси, перпендикулярно к первым двум. Фрезы
закрепляют непосредственно на шпинделях или на оправках. Для поддерж-
ки оправки, вставленной в горизонтальный шпиндель, служат серьги 5.
Горизонтально-фрезерный простой станок отличается от широко-
универсального лишь хоботом, на котором нет головок и их привода.
На простом станке можно работать фрезами различных типов, но особен-
но эффективно — цилиндрическими, фасонными и отрезными. Универсаль-
ный горизонтально-фрезерный станок отличается от простого тем, что
его стол может поворачиваться вокруг вертикальной оси на угол до 45°.
Кинематическая структура (рис. 109). В станке два привода главного
движения,. Более мощный горизонтальный шпиндель V получает движение
от асинхронного электродвигателя Ml через зубчатые колеса 27/53, две
группы передач с тройными передвижными блоками колес 19-22-16 и
37-46—26, группу передач с двухвенцовым блоком 82-19. Колесо 38
Рис. 109. Кинематическая схема станка 6Р82Ш
6 Маерсв •
161

на валу III, принадлежит двум группам передач (связанное колесо). Урав-
нение кинематического баланса при наименьшей частоте вращения
27	16 17	19 ~ ок -1
«min = 1460— — — — - 31,5 МИН .
Асинхронный двигатель М2 передает движение шпинделю поворот-
ной головки XIV через группы передач с двойным блоком 28-52 и трой-
ным блоком 58-66—49. За ними расположен перебор с валом IX. При
переключении колеса 33 вправо оно сцепляется с внутренним зубчатым
венцом муфты Мх; тогда валы VIII и X соединяются напрямую. Кинема-
тическая цепь завершается двумя кулачковыми муфтами М2, М3 и тремя
коническими зубчатыми передачами. На схеме не показана накладная
головка, которая содержит еще одну коническую передачу.
Привод подач содержит коробку подач (электродвигатель М3 и валы
XV...XX с колесами и муфтами на них), механизмы для распределения
движения между столом, салазками и консолью, передачу винт—гайка
для перемещения каждого из этих узлов. В коробке подач две постоян-
ные передачи 26/50, 26/57, два тройных блока 18-36-27 и 34-40-37 с
сопряженными колесами (колесо 18 на валу ХР77 - связанное) и перебор
с валом XIX. Колесо 40 с зубчатой полумуфтой на валу XVIII в левом
положении вращается относительно вала, получая движение через переда-
чи 13/45, 18/40. В правом положении колесо 40 через муфту М4 непосред-
ственно соединено со своим валом.
Муфта М5 — предохранительная на случай перегрузки. Управление
муфтами М6 (кулачковая) и М7 (фрикционная дисковая) сблокировано
для предотвращения их одновременного включения. При включении
муфты Мв вал XX получает вращение от колеса 40 (рабочая подача);
через муфту М7 тот же вал получает вращение от колеса 33, связанного
с колесом 50 вала XV через паразитное колесо 67 (ускоренное пере-
мещение) .
Муфта М8 может соединить вал XXII с колесом 33 на нем; тогда
движение будет передано на ходовой винт XXVIII перемещения консоли
(гайка неподвижна). При включении муфты М9 ходовой винт XXIV
перемещает салазки (винт вращается, гайка перемещается). Для переме-
щения стола включают муфту MY 0, и движение передается на ходовой
винт XXVI (гайка неподвижна). При включении муфты М10 колесо 50
выходит из! зацепления с колесом 25, что исключает вращение маховика
РЗ при работе от двигателя. Не показанные на схеме кулачковые муфты
выключают с той же целью маховики Pl, Р2 и рукоятку Р4. Передача
30/15 на вал XXVII относится к приводу дополнительного круглого стола.
Уравнение для цепи максимальной продольной подачи
26 26 36 24 40 28	18 33	18
v	— 1430-------------------------:--------х
^продтах	50 57	18 34	40 35	33 33	16
X 18 6	1250 мм/мин.
162

Особенности конструкции узлов. Все шпиндели станка имеют одно-
типные опоры. На рис. 110 Показана конструкция горизонтального шпин-
деля. В передней опоре находится двухрядный' подшипник 3 с цилиндри-
ческими роликами, который обеспечивает точность узла и воспринимает
большие радиальные нагрузки. Вдоль оси шпиндель удерживается на
месте опорой из двух радиально-упорных шарикоподшипников 4. Пред-
варительный натяг в задней опоре создается благодаря разности длин
распорных колец 7 и 8, а в передней опоре - благодаря посадке внутрен-
него кольца на конус (для увеличения натяга подшлифовывают полу-
кольца 2 и подтягивают гайку 5). Подшипник 6 поддерживает хвостовик
шпинделя. В конус шпинделя вставляют хвостовик фрезы или фрезерной
оправки. Крутящий момент передается торцовой шпонкой 1,
Направляющие стола (рис. 111) и консоли имеют форму ласточки-
на хвоста, а направляющие салазок — прямоугольные. Все направляю-
щие — со скольжением, зазор в них регулируется клиньями 5.
4
Рис. 110. Шпиндель горизонтально-фрезерного станка
Рис. 111. Поперечное сечение стола с механизмом регулирования зазора
6*
163

Все передачи винт—гайка — также со скольжением, причем в консоли
под действием силы тяжести всегда работает одна сторона профиля резь-
бы. В столе, особенно при фрезеровании с попутным движением подачи,
возможно перераспределение зазора между сторонами профиля резьбы,
что приводит к неравномерности движения, скачкам. В целях уменьше-
ния зазора до минимально возможного предусмотрено устройство с дву-
мя ходовыми гайками (рис. 111). Правая гайка 3 зафиксирована в салаз-
ках штифтами, левая 2 — может поворачиваться с помощью червяка 6
(при вывернутой пробке 4); упираясь при этом торцом в правую гайку,
она тянет ходрвой винт 1 влево, прижимает витки винта к виткам гайки.
Устройства, управляющие переключением частоты вращения шпинде-
ля и скоростей подач, позволяют выбирать требуемую скорость без после-
довательного прохождения промежуточных ступеней (селективное управ-
ление — см. § 8).
§49. ВЕРТИКАЛЬНО-ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ
На вертикально-фрезерных станках можно вести обработку фрезами
различных типов, но особенно эффективно — торцовыми и пальцевыми.
Заготовку закрепляют на столе, который расположен на салазках. Стол
двигается в продольном направлении, салазки — в поперечном. Отличи-
тельный признак вертикально-фрезерных станков - вертикальное рас-
положение шпинделя.
Существуют консольные и бесконсольные вертикально-фрезерные
станки. В консольных станках (рис. 112, а) вертикальное движение
сообщают консоли 1, на которой находятся салазки со столом. Шпин-
дельная головка 2 неподвижна. Расположение зоны обработки не зависит
Рис. 112. Вертикально-фрезерные станки:
а — консольный; б — бескон сольный
164

от высоты заготовки. В бесконсольных станках (рис. 112, б) салазки
со столом базируются на основании 1, что значительно повышает жесткость
станка; вертикально перемещается шпиндельная бабка 2 по. стойке 3.
Такая компоновка целесообразнее при обработке тяжелых заготовок,
при больших нагрузках.
Вертикальные консольно-фрезерные станки (рис. 112, а) широко
применяют в условиях единичного и серийного производства. У них
большая степень унификации с горизонтально-фрезерными станками.
Отличается лишь форма верхней части станины, где вместо хобота распо-
ложена поворотная головка 2 со шпинделем.
Вертикально-фрезерный станок 6520ФЗ с крестовым столом и ЧПУ —
бесконсольного типа. Он предназначен для изготовления деталей сложной
формы, возможна обработка одновременно по трем координатам.
Техническая характеристика
Размеры рабочей поверхности стола (длинах ширина), мм . . . 630X250
Частота вращения шпинделя, мин”1...........................31,5-1600
Подача (регулирование бесступенчатое), мм/мин............... 7-700
Привод главного движения состоит из асинхронного электродвига-
теля Ml (рис. 113, а), клиноременной передачи </>100/0180, коробки ско-
ростей с двумя тройными блоками и зубчатых передач в шпиндельной
бабке. Блок колес в бабке имеет два положения. В нижнем положении
сцеплены колеса 46 и 35, 54 и 36. Шпиндельная бабка соединена с короб-
кой скоростей шлицевым валом IV. Опоры шпинделя смонтированы
в выдвижной гильзе Г, а колеса 36-60 имеют независимые опоры в
корпусе. Гильза со шпинделем перемещается винтом VIII с гайкой, кото-
рая поворачивается маховичком Р. Наибольшая частота вращения шпин-
деля
wmax ~ 1460
~ 1600 мин”1.
100
180
38 57 54 46 54
48 72	34 35 36
а)
Рис. 113. Схемы приводов вертикальнб-фрезерного станка 6520ФЗ:
а - привод шпинделя; б - привод стола
165

Шпиндельная бабка и салазки перемещаются по прямоугольным
направляющим скольжения, причем у салазок три направляющие: край-
ние воспринимают вертикальные нагрузки, средняя — горизонтальные.
Стол имеет направляющие типа ласточкина хвоста. Зазоры в направляю-
щих регулируют клиньями и прижимными планками. Шпиндельную
бабку зажимают на направляющих в четырех местах тарельчатыми пру-
жинами, разжим — гидравлический.
Гидропривод осуществляет перемещение стола, салазок и шпиндель-
ной бабки, а также отжим и уравновешивание последней. По каждой
координате действует следящий гидропривод (рис. 113, б), управляе-
мый шаговым двигателем 1. Через одноступенчатый редуктор с коле-
сами 2 и 3 вращение получает задающий винт 5. Рычаг 6, прижатый од-
ним концом к профилю упорной резьбы, отклоняется (например, впра-
во), воздействуя другим концом на следящий золотник 7. Золотник,
смещенный из среднего положения (например, влево), соединяет одну
(в примере — правую) полость силового гидроцилиндра 8 с насосом,
другую (левую) полость — со сливом. Поршень через шток перемещает
(влево) стол 4 станка. При этом задающий винт, связанный со столом,
также движется (влево), восстанавливая среднее (нейтральное) положе-
ние рычага и золотника. Таким образом, шаговый двигатель и винт прео-
долевают незначительное сопротивление, легко перемещая подпружинен-
ный золотник, управляющий потоками масла. Поршень гидро цилиндра,
способный развить большое усилие, вместе со столом отслеживает пере-
мещение, заданное шаговым двигателем. Следящий золотник является
датчиком рассогласования.
Система ЧПУ станком — разомкнутая, с шаговым двигателем на
выходе. Первоначально на станке применялось устройство ЧПУ ’’Кон-
тур 2ПТ-71/3”. Позднее оно было заменено устройством НЗЗ-1. Програм-
мируются перемещения по координатам X', У, Z (см. рис. 44, б), ско-
рости этих перемещений и технологические команды (включение —
выключение шпинделя, отжим - зажим шпиндельной бабки). Цена диск-
реты 0,01 мм.
§50. ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
ДЛЯ ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ
Приспособления служат для установки и закрепления инструмен-
та и заготовок. Они расширяют технологические возможности фрезер-
ных станков.
Фрезы редко крепят непосредственно на шпинделе станка (круп-
ные торцовые фрезы). Обычно используют оправки или, патроны. На
горизонтально-фрезерных станках положение насадной фрезы б на оправ-
ке 3 зависит от суммарной длины подобранных простановочных колец 5
(рис. 114). Конус 7:24 - несамотормозящийся, поэтому^ хвостовик
оправки втягивают ввинчиваемым в него шомполом 7, проходящим
через весь шпиндель 2. Крутящий момент со шпинделя на оправку пере-
дается сухарями (торцовыми шпонками) 4, которые входят в пазы
на торце шпинделя и на фланце оправки. Призматическая шпонка 7 пере-
166

Рис. 114. Установка насадной фрезы на оправку
дает момент с оправки на фрезу. Серьга 8 поддерживает конец оправки.
Фрезу с цилиндрическим хвостовиком крепят в патроне, например
цанговом.
Заготовки устанавливают и закрепляют с помощью прихватов, под-
ставок, угловых плит, призм, тисков, дополнительных столов и других
приспособлений. Тиски и столы могут быть неповоротными и поворот-
ными — вокруг вертикальной оси. С помощью универсальных тисков
возможен поворот вокруг двух перпендикулярных осей.
Круглые поворотные столы применяют при обработке фасонных
поверхностей. Непрерывный или периодический поворот заготовки воз-
можен вручную или от электро- (гидро-, пневмо-) привода. Можно сооб-
щить движение поворотному столу также от привода основного стола
станка, а именно от правого конца продольного ходового винта через
зубчатые колеса и карданный вал.
Делительные головки применяют в основном на консолыю-фрезер-
ных станках для установки заготовки и периодического или непрерыв-
ного поворота ее на заданные углы. Периодический поворот необходим,
например, для прорезания впадин у зубчатых венцов; непрерывный
поворот, согласованный с движением вдоль оси, осуществляют для полу-
чения винтовых канавок на сверлах и других инструментах.
Существуют лимбовые, безлимбовые и оптические делительные
головки.
Лимбовая универсальная делительная головка (рис. 115) представ-
ляет собой основание 7, несущее в цапфах корпус 5 со шпинделем 3.
Рукояткой 11 через зубчатые передачи вращают шпиндель, предваритель-
но выдернув фиксатор 9 из отверстия лимба (делительного диска) 8.
Раздвижной сектор 10 удобен при многократном отсчете поворота рукоят-
ки. Лимбы — сменные, на каждом с обеих сторон имеется несколько
концентричных рядов отверстий. Фиксатор можно передвинуть по ра-
Рис. 115. Лимбовая делительная
головка
J 4 5 6	7 8
167

диальному пазу рукоятки и установить напротив одного из рядов отверс-
тий. Для базирования заготовки — вала устанавливают в шпиндель центр 2
и используют заднюю бабку 1. Шпиндель передает вращение заготовке
через поводок или кулачковый патрон.
Для отсчета угла поворота шпинделя можно пользоваться диском 4
с делениями через 1°; в этом случае шпиндель фиксируют стопором 6.
Такой способ деления называют непосредственным. Чаще деление произ-
водят, считая обороты рукоятки. Различают простое и дифференциаль-
ное деление.
Простое деление ведут без сменных зубчатых колес, при этом лимб 3
(рис. 116, а) застопорен защелкой 4. Шпиндель 5 получает движение от
рукоятки 2 (при выведенном фиксаторе 7) через цилиндрические колеса
с числом зубьев z2 и z2, червяк с числом заходов z3 и червячное колесо
с числом зубьев z4. Число оборотов рукоятки п, необходимое для деле-
ния окружности на z частей, т. е. для поворота шпинделя на 1/z оборота,
определяют из уравнения кинематического баланса
Z2 Z4	Z ’
Z l	'	Z 4
причем ----- = 1. Число N = ----- называют характеристикой делитель-
Z 2	Z3
ной головки. Следовательно, п — N/z. В большинстве случаев z3 = 1 и
z4 — 40, т. е. п = 40/z.
Если N не делится на z без остатка, то результат представляют в виде
смешанного числа, или иначе в виде суммы А + к/пг, где А — число пол-
ных оборотов рукоятки; к/m — доля оборота рукоятки дополнительно
к целому числу оборотов; т — число отверстий в одном из концентри-
ческих рядов лимба; к — число отверстий в этом ряду, пропускаемых
при довороте рукоятки (сверх целого числа оборотов). Раздвижной сек-
тор 10 (см. рис. 115) регулируют, чтобы охватить (к — 1) шагов между
отверстиями соответствующего ряда.
Рис. 116. Кинематические схемы лимбовой делительной головки:
а - при простом делении; б — при дифференциальном делении; в — при фрезерова-
нии винтовых канавок
168

Пример. Настроить лимбов ую делительную головку для фрезерования зубьев
колеса z = 36. Лимбы имеют окружности с числом отверстий 16, 17, 19, 21, 23,
29, 30, 31, 33, 37, 39, 41, 43, 47,49,54.
40	40	1	к	1
п = -= -----= 1----= А +----= 1 +---.
z	36	9	т	9
Так как на лимбах нет окружности с девятью отверстиями, то выбираем чис-
ло т, кратное 9. т. е. т = 54. Окончательно п — 1 + 6/54 оборота. Следовательно,
рукоятку надо повернуть на один оборот и сверх того на шесть шагов по окруж-
ности с числом отверстий 54.
Дифференциальное деление применяют, если на лимбах нет окруж-
ности с числом отверстий, равным или кратным т. В этом случае необ-
ходимо настроить гитару сменных колес a-b~c-d (рис. 116, б) и разъе-
динить лимб с корпусом. Тогда шпиндель, поворачиваясь от рукоятки,
через колеса гитары и коническую передачу z5/z6 повернет на некоторый
угол лимб. Очередное отверстие, куда должны вставить фиксатор рукоят-
ки, окажется смещенным, т. е. рукоятка повернется дополнительно.
Гитару настраивают исходя из уравнения
, 40	+ 1____а___с	z5	zx	z3	_ 1
2ф 2	b	d	z6	z2	z4 z	9
где 2ф — фиктивное число, близкое к требуемому z и позволяющее
воспользоваться одним из кольцевых рядов отверстий на лимбах, как
при простом делении. При Z\lz2 = J, z3 — 1 и z4 = 40 из этого уравнения
получается формула настройки гитары
b d	2ф
Желательно принимать £ф > z. Так как при этом лимб должен вра-
щаться в ту же сторону, что и рукоятка, не потребуется паразитного
колеса в гитаре.
К головке приложен комплект сменных колес с числами зубьев
25, 25, 30, 35,40, 50, 55,60, 70, 80, 90, 100.
Пример. Настроить лимбовую делительную головку для нарезания зубьев
колеса z — 83. Простое деление в этом случае невозможно.
Примем 2ф = 84; тогда п - 40/зф = 40/84 = 10/21, т. е. по лимбу рукоятку
достаточно повернуть на 10 шагов ряда, в котором 21 отверстие. Подбирает смен-
ные колеса:
а	С	Zfa—Z	84-83	40	10	2	5	40 50
b	d	2ф	84	84	21	3	7	60 70
На фрезерование винтовых канавок делительную головку настраи-
вают согласно схеме на рис. 116, в. Винтовая траектория движения полу-
чается благодаря взаимосвязи вращения заготовки с ее перемещением
вдоль оси вместе со столом. Цепь согласования движений соединяет
шпиндель делительной головки с продольным ходовым винтом б станка
(передается движение от винта к шпинделю). Эту цепь настраивают гита-
рой ai-b1-Ci~dli исходя из расчетных перемещений
169

1 об. шпинделя -+ мм перемещения стола,
где Рд — шаг нарезаемой канавки на детали. Уравнение кинематического
баланса винторезной цепи
i А А А А АР=Р
z3 z, z, ct at «’
откуда при ранее указанных числах зубьев
А А =40 А
dx	р ’
где Р — шаг ходового винта станка.
Для фрезерования винтовых канавок ось фрезы и направление движе-
ния стола должны составлять угол 90° — /3, где (3 - угол наклона винто-
7Г D
вой канавки, причем tg 0 =	- (здесь!) — диаметр заготовки) . На угол Д
устанавливают поворотный стол или шпиндельную головку (в зависи-
мости от конструкции станка).
§51. ОБЩИЙ ОБЗОР ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ
Горизонтальные и вертикальные консольные и бесконсольные станки
относятся к наиболее распространенным фрезерным станкам. Однако
даже на бесконсольных станках (с крестовым столом) невозможно
изготовить крупногабаритные детали. Эта задача решается с помощью
продольно-фрезерных станков.
Продольно-фрезерные станки (рис. 117). Консольные станки — наибо-
лее легкие; это позволяет перемещать стол в трех взаимно перпендику-
лярных направлениях. Продольно-фрезерные станки являются в основ-
ном тяжелыми станками, поэтому их стол 2 имеет лишь одну степень
свободы — перемещается прямолинейно по станине (основанию) 1.
Остальные движения сооб-
щают фрезе. Шпиндель фрезы
совершает вращательное глав-
ное движение и вместе с гиль-
зой может выдвигаться из кор-
пуса. В станках различных мо-
делей от одной до четырех
фрезерных головок (на рис. 117
обозначены номерами 5,6,8,10).
Головки с горизонтальными
шпинделями расположены на
стойках 4 и 9, с вертикальны-
Рис. 117. Продольно-фрезерный ста-
нок
170

ми шпинделями — на поперечине (траверсе) 5. У каждого шпинделя инди-
видуальные электродвигатель и коробка скоростей. Все головки могут
перемещаться вертикально: головки 3 и 10 — непосредственно по стой-
кам, головки 6 и 8 — вместе с поперечиной. Головки 6 и 8 можно двигать
горизонтально по поперечине. Возможна установка головок под углом
к вертикали. Движения головок используют для подачи, углубления или
для первоначальной установки при наладке. Движение подачи сообщают
либо столу, либо головкам. Поперечину двигают только при наладке,
после чего ее зажимают.
В станке, показанном на рис. 117, стойки для жесткости связаны
сверху балкой 7, образуя портал. Продольно-фрезерные станки по компо-
новке отличаются прежде всего числом стоек и фрезерных головок.
Есть одностоечные и двухстоечные станки без поперечины, у них на каж-
дой стойке находится одна головка. Большинство станков — с поперечи-
ной на двух стойках, но головок может быть и три (по одной на стой-
ках и поперечине) и даже одна (на поперечине).
Копировально-фрезерные станки. На вертикально-фрезерных стан-
ках с ЧПУ изготовляют детали со сложными контурами, состоящими из
дуг окружностей и отрезков прямых линий. Однако для некоторых
криволинейных профилей в программе требуется задатк слишком много
точек, чтобы обеспечить достаточную точность. В этом случае лучше
изготовить копир (образцовую деталь), а затем многократно воспроиз-
водить (копировать) его форму на заготовках, используя специализиро-
ванные копировально-фрезерные станки. Эти станки предназначены дпя
изготовления кулачков, шаблонов, штампов, пресс-форм и других дета-
лей, имеющих фасонную форму в плоскости или в пространстве.
В копировально-фрезерных станках используют системы управле-
ния прямого действия (редко) и следящие (широко распространены).
Копировальная система прямого действия (рис. 118, а) характерн-
ее. 118. Схемы копироваль-
ных систем:
а - прямого действия; б - со сле-
дящим приводом
171

зуется жесткой связью, отсутствием усилительных устройств между
щупом (копировальным пальцем) 1 и фрезерной головкой 2. При про-
дольном движении с подачей 5прод стола 4 профиль копира 7 действует
как кулачок и на участках подъема кривой отжимается от щупа в попе-
речном направлении (подача 5ПОП) вместе со столом и салазками 5; при
этом преодолевается сила прижима, создаваемая грузом 6. На нисходя-
щих участках кривой копир подтягивается грузом. Заготовка 3 переме-
щается относительно фрезы точно так же, как и копир относительно
щупа. Эта система наиболее проста, но требует износостойких, дорого-
стоящих копиров. Погрешности копира без уменьшения сказываются на
погрешности изготовления детали.
Системы с пантографом, которые являются разновидностью систем
управления прямого действия, подобны известным чертежным устрой-
ствам. В них можно изменять масштаб копирования путем настройки
соотношения плеч в звеньях параллелограмма. Главный недостаток этих
систем — недостаточная жесткость шарнирной системы. Станки с панто-
графом приспособлены для гравировальных работ.
На рис. 118, б представлена схема копировальной системы со следя-
щим приводом. На столе 1 закреплены копир 2 и заготовка 9. Шпиндель-
ная головка 7 с фрезой 8 могут перемещаться по поперечине 6 в попе-
речном (осевом) направлении от двигателя М (следящая подача *$след).
Со шпиндельной, головкой жестко связан корпус датчика 4. Поперечина
двигается вертикально, перемещая щуп 3 датчика по профилю кулачка
(задающая подача 5зад).
В датчике есть чувствительный элемент с электрическими контакта-
ми (или в виде золотника). При среднем (нейтральном) положении
чувствительного элемента контакты разомкнуты (или перекрыты щели
золотника), шпиндельная головка неподвижна, следящее движение отсут-
ствует — на заготовке получается участок, параллельный направлению
движения задающей подачи.
При перемещении по участку подъема кривой копира щуп сдви-
гается вправо, изменяя положение чувствительного элемента. Замыкает-
ся один из электрических контактов (или соединяется с насосом одна
из полостей гидроцилиндра). Если система электрическая, то сигнал
датчика через усилитель 5 вызывает включение электродвигателя и шпин-
дельная головка движется вправо. С головкой перемещается вправо
и корпус датчика, догоняя сместившийся чувствительный элемент и
восстанавливая нейтральное положение.
С помощью щупа и датчика получаются слабые сигналы, управляю-
щие мощным силовым приводом станка. Усилие поджима щупа к копиру
не связано с силой резания; оно незначительно, поэтому копир можно
изготовлять из легкообрабатываемого материала, например из органи-
ческого стёкла. В зависимости от типов датчика и привода подач разли-
чают электрические, гидравлические, электрогидравлические, пневмо-
электрические и другие следящие системы:	f
Копировально-фрезерные станки бывают одношпиндельнымй и много-
шпиндельными, с вертикальными и горизонтальными шпинделями.
Фрезерные станки непрерывного действия. На фрезерных станках
172

Рис. 119. Фрезерные станки непрерывного действия:
а - карусельно-фрезерный; б - барабанно-фрезерный
непрерывного действия установку и закрепление заготовок, а также
съем готовых деталей производят, не останавливая станку, на ходу. При
этом используют быстрозажимные приспособления. Станки работают
торцовыми фрезами, отличаются большой производительностью и при-
меняются в массовом и крупносерийном производстве. Различают кару-
сельные и барабанные станки.
Карусельно-фрезерный станок (рис. 119, я) по компоновке близок
к бесконсольному вертикально-фрезерному. Главная его особенность —
непрерывно вращающийся стол 7, который сообщает заготовкам движе-
ние круговой подачи. Пока закрепленные на столе заготовки проходят
под двумя шпинделями 2 и 5, на части стола, находящейся вне. зоны
резания, производят съем деталей и установку следующих заготовок.
Шпиндели устанавливают на различной высоте, чтобы одна фреза сни-
мала черновой припуск, а вторая — чистовой.
В барабанно-фрезерном станке (рис. 119, б) работают две пары фрез.
На каждой из двух стоек 7 находятся по две горизонтальные фрезерные
головки. Верхняя головка 2 ведет черновую обработку, нижняя 4 —
чистовую. Двустороннюю обработку проходят корпусные детали, закреп-
ленные между стойками на шестигранном барабане 3 с горизонтальной
осью. Барабан непрерывно поворачивается, сообщая заготовкам круго-
вую подачу. Заготовки устанавливают и снимают на той части барабана,
которая находится вне зоны резания.
Вопросы для самопроверки
1.	’ Чем отличается простой горизонтально-фрезерный станок от широкоуни-
версального?
2.	Объяснить принцип работы следящего гидропривода.
3.	Для чего предназначено дифференциальное деление на лимбов ой делитель-
ной головке?
173

ГЛАВА 13/ ~T rf
МНОГОЦЕЛЕВЫЕ СТАНКИ
§52. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Многоцелевым (многооперационным) станком называют станок
с ЧПУ и автоматической сменой инструмента, выполняющий многие
разнообразные технологические операции для обработки с разных сто-
рон заготовок при изготовлении сложных (например, корпусных) дета-
лей без их перебазирования.
Такой станок заменяет несколько станков разных типов, например
фрезерных и сверлильных. Производительность изготовления деталей
на многоцелевом станке в 3...8 раз выше, чем на универсальных станках
[31], в первую очередь вследствие сокращения времени на установку
заготовки и инструментов, на контрольные операции.
Большинство многоцелевых станков относят к категории фрезерно-
сверлильно-расточных; в них вращательное главное движение сообщает-
ся инструменту; они имеют чаще всего горизонтальную компоновку,
подобную компоновке фрезерных или горизонтально-расточных стан-
ков (рис. 120, а). Щироко распространена компоновка, как у консоль-
ных и бесконсольных вертикально-фрезерных станков (рис. 120, б).
Встречаются компоновки, подобные компоновкам станков токарной
группы (вращательное главное движение сообщается заготовке).
Многоцелевые станки снабжают устройствами для поворота и
кантования заготовки; для совмещения времени установки заготовок
и съема деталей со временем обработки используют, например, маятни-
ковые столы.
Весьма разнообразны механизмы автоматической смены инстру-
мента. Набор инструментов размещен в револьверной головке или бара-
банном (цепном) магазине (чаще всего до 30...40 инструментов). Воз-
можны комбинированные системы. Обычно из магазина в шпиндель
Рис. 120. Компоновки многоцелевых станков
174

инструмент переносится автооператором (одно- или двухзахватным).
Применяют гидравлические и электромеханические приводы. Иногда
смена инструмента происходит в результате перемещений рабочих орга-
нов станка (стола, шпинделя). Сменять можно целиком шпиндельные
головки.
На некоторых станках предусмотрены два шпинделя: один — два
тяжелых, другой — для легких работ. В других станках два одинаковых
шпинделя располагают в поворотной головке. Пока один шпиндель рабо-
тает, другой занят сменой инструмента. По окончании обработки шпин-
дели меняются местами. Это позволяет снизить скорость движений авто-
оператора и одновременно сократить несовмещенное время смены инстру-
мента до 1...2 с (обычно же это время может достигать 8...10 с).
При небольшом числе инструментов в магазине и однократном их
использовании при обработке данной заготовки их располагают в поряд-
ке, соответствующем технологическому процессу. Тогда при каждой
смене происходит поворот магазина на один шаг, на одно гнездо. Для
произвольного размещения инструментов в магазине и повторного их
использования необходимо кодирование самих инструментов или гнезд
магазина. Инструмент кодируют, например, устанавливая на его оправку
комбинацию кодовых колец. Магазин поворачивается до тех пор, пока
проходящие кольца не нажмут на запрограммированные конечные вык-
лючатели.
Пример механизма зажима инструмента в шпинделе приведен в § 100.
§53. МНОГОЦЕЛЕВОЙ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ
СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНО-РАСТОЧНЫЙ СТАНОК
2204ВМФ4
Станок предназначен для комплексной обработки корпусных дета-
лей средних размеров с четырех сторон без переустановок. На станке
производят получистовую и чистовую обработку, в частности сверлят,
зенкеруют, развертывают и растачивают отверстия, нарезают резьбу
метчиками или резцами, фрезеруют поверхности, в том числе криволи-
нейные, концевыми, торцовыми и дисковыми фрезами. У станка есть
инструментальный магазин и универсальная система ЧПУ. Класс точности
станка — В.
Техническая характеристика
Размеры рабочей поверхности стола (ширинахдлина), мм . . . 400X500
Число инструментов в магазине.............................. 30
Частота вращения шпинделя, мин“1 ........................ 32—2000
Подача стола и шпиндельной головки, мм/мин............... 1	-4000
Регулирование скорости движения.........................Бесступен-
чатое
Основные узлы и движения. Станок имеет компоновку, как у гори-
зонтально-расточных станков (рис. 121). Заготовку располагают на крес-
товом поворотном столе 4. Она может поворачиваться вокруг вертикаль-
175

Рис. 121. Многоцелевой горизон-
тальный сверлильно-фрезерно-рас-
точный станок 2204ВМФ4
ной оси У или перемещаться
прямолинейно в горизонталь-
ной плоскости по осям X'
(стол по салазкам) и Z’ (са-
лазки по основанию) —
см. рис. 120, а. К основанию
5 (см. рис. 121) прикреплена
колонна 1, внутри которой рас-
положена шпиндельная голов-
ка 3. Такое расположение го-
ловки повышает жесткость и
точность станка. Головка мо-
жет перемещаться по вертикальным направляющим - по оси У. Вращение
шпинделя является главным движением резания. Поворот стола и прямо-
линейные движения ,служат для подачи или позиционирования. Рядом
со станком стоит инструментальный магазин 6, с которым соединены
автооператор 2 и другие части механизма смены инструмента.
Кинематическая структура (рис. 122). Привод главного движения
содержит электродвигатель постоянного, тока Ml и кинематическую
цепь, соединяющую его со шпинделем (валы /, II и III). Блок передвиж-
ных колес 23-57 расширяет диапазон регулирования частот вращения
шпинделя. Блок передвигается с помощью рычажной системы от двига-
теля М2 со встроенным редуктором. Сельсин С4 служит датчиком угло-
вого положения шпинделя.
Приводы движения по осям координат У, Zf, X* унифицированы.
Применение высокомоментных электродвигателей постоянного тока
М3, М4, М5 позволило исключить зубчатые передачи и соединить двигате-
ли напрямую с ходовыми винтами VI, VII, VIII. Так как передача винт-
гайка качения — несамотормозящаяся, ходовой винт удерживается от
проворота механизмом зажима 3 (рис. 122, б) с помощью тарельчатых
пружин ПР1. Для разжима электродвигатель М7 со встроенным редук-
тором поворачивает эксцентриковый вал XVIII, передвигает тягу, сжи-
мая пакет пружин, раздвигая прижимные пластины и освобождая край
тонкого стального тормозного диска на ходовом винте.
Привод поворота стола состоит из высокомоментного двигателя
постоянного тока Мб (рис. 122, в), зубчатых передач 18/25, 41/18, 25/41
и червячной передачи 1/100. Поворотный стол фиксируется четырьмя
пакетами тарельчатых пружин, которые разжимаются эксцентриками,
действующими от одного электродвигателя (на схеме не показано).
Редуктор сельсинов PC (рис. 122, а) представляет соббй блок из
трех сельсинов Cl, С2, СЗ, соединенных зубчатыми передачами между
собой и с ходовым винтом и служащих для грубого отсчета координат:
целого чйсла миллиметров или градусов.
176

г)
Рис. 122. Кинематическая схема станка 2204ВМФ4
177

Инструмент в шпинделе меняется автоматически по программе. При
этом пакет тарельчатых пружин, удерживающих хвостовик инструмента
в шпинделе, сжимается с помощью кулачка и рычагов, приводимых в
действие отдельным электродвигателем (на схеме не показано).
Механизм смены инструмента состоит из магазина, перегружателя
и автооператора. Магазин представляет собой барабан Б (рис. 122, г)
на отдельной стойке, вращающийся от электродвигателя постоянного
тока М8. Цепь вращения магазина состоит/из передач: клиноременной
063/0130, цилиндрической зубчатой 20/40 и червячной 1/90, На перифе-
рии барабана находятся 30 пазов-гнезд для инструмента, хранящегося
в специальных втулках. Блок сельсинов БС является отсчетной системой
и обеспечивает поиск гнезда с очередным инструментом. За один оборот
сельсина, соосного с колесом 114, барабан поворачивается на
. 114 114 1	1
1--------------= —об.,
114 38	90	30
т. е. это поворот на один окружной шаг, на одно гнездо. Электромагнит-
ный тормоз Т предотвращает перебеги.
Перегружатель П переносит втулку с очередным инструментом из
гнезда магазина в позицию захвата автооператора, а отработавший инстру-
мент — обратно. Церегружатель представляет собой клещи, вращающиеся
от электродвигателя М9. Пакет тарельчатых пружин ПР2 закрывает зах-
ват перегружателя. Этот захват раскрывается при возвращении перегру-
жателя к магазину: прижимная часть клещей задерживается упором У.
Исполнительной частью автооператора является его двухзахватная
рукаРЛО. Она может поворачиваться на 180°, при этом захваты меняют-
ся местами. Поворот производится мальтийским механизмом, состоя-
щим из четырехпазового мальтийского креста МК и водила в виде двух-
цевочного кривошипного диска КД на валу XXV. Кулачок К управляет
зажимом захватов руки. Вал XXV получает вращение от электродви-
гателя Ml 0.
В червячном колесе 90 закреплен палец кривошипного механиз-
ма КМ. Тяга связывает его с неподвижным пальцем. Поэтому при враще-
нии колеса оно вместе со всеми другими передачами автооператора, с
двигателем и с рукой движется вдоль оси шпинделя. Это движение ис-
пользуется, чтобы одновременно вынуть отработавший инструмент из ко-
нуса шпинделя и очередной инструмент из втулки, остающейся в пере-
гружателе.
Смена инструмента происходит при остановке шпинделя в опреде-
ленном угловом положении для ориентирования торцовых шпонок,
входящих в пазы фланца инструмента. Шпиндельная головка поднимает-
ся в позицию смены — крайнее верхнее положение: отработавший инстру-
мент вводится в правый захват автооператора (рис. 123, а) , а затем осво-
бождается от зажима в шпинделе. Включается двигатель автооператора.
Происходит зажим инструментов в захватах руки, движений руки вдоль
оси шпинделя, вследствие чего хвостовики инструментов извлекаются из
конусов шпинделя и втулки (рис. 123, б). Происходит поворот руки —
ее захваты меняются местами (рис. 123, в). Далее в обратном направле-
178

0)
Рис. 123. Последовательность работы автооператора
нии вдоль оси рука вводит очередной инструмент в шпиндель и отработав-
ший инструмент во втулку перегружателя (рис. 123, г), захваты руки
разжимаются. Очередной инструмент зажимается в шпинделе, головка
уходит вниз для обработки. Перегружатель уносит отработавший инстру-
мент в магазин (рис. 123, д) .
Отсчетная система. Для измерения по координатамy,Z'uB' (пово-
рот вокруг оси У) служит двухотсчетная система. Грубый отсчет по каж-
дой координате ведет блок из трех сельсинов. Каждому положению
стола (головки) соответствует вполне определенное положение сельси-
нов в блоке.
Сельсин СЗ (см. рис. 122, а) является сельсином старшего разряда;
он отсчитывает сотни миллиметров перемещения, а С2 — десятки, С1 —
единицы.
Датчиком для точного отсчета является линейный или круговой
индуктосин. Мера линейного индуктосина выполнена с периодичностью
в 1 мм. Система может вести отсчет микрометров. Головка индукто-
сина соединена с перемещающейся частью, например с салазками (для
отсчетов по оси Z' ), а линейка индуктдсина установлена на неподвижной
части (на основании — для отсчета по оси Z'). Сельсин и индуктосин —
индуктивные датчики перемещений фазового типа (см. §21). Их сигналы
обрабатывает и считает система ЧПУ.
Система ЧПУ дает возможность программировать координатные
перемещения, скорости стола и шпиндельной головки, частоту враще-
ния шпинделя, смену инструмента, коррекцию инструмента и скорости,
цикла обработки. На станке применена комплектная универсальная сис-
тема ЧПУ ”Размер-2М-1300”, в состав которой входят: станция ЧПУ
”Размер-4”, станция управления с узлом программируемой логики ’’Сиг-
нал”, шкафы приводов ’’Кедр”.
Система ”Размер-4” позволяет вводить исходную информацию с
перфоленты, вручную и от ЭВМ. Обеспечивается контурная обработка,
линейная и круговая интерполяция. Информацию о перемещениях систе-
ма преобразует в цифровую форму и воспроизводит на экране (цифровая
индикация).
С помощью станции ’’Сигнал” реализуется алгоритм управления
механизмами станка, т.е. последовательность работы органов станка. Для
179

этого в постоянное запоминающее устройство станции заложена опреде-
ленная программа. Узел программируемой логики позволяет легко
менять алгоритм работы.
Особенности конструкции узлов. Основные подвижные соедине-
ния станка — опоры шпинделя, продольные и поперечные направляю-
щие стола, передачи винт-гайка для перемещения по координатам X',
У, Z’ — являются соединениями с качением. Это позволяет устранить
зазоры, создать предварительный натяг, в итоге повысить жесткость и
точность станка. В прямолинейных направляющих применены роликовые
’’танкетки”, которые катятся по стальным закаленным планкам.
Вопросы для самопроверки
1.	Какие станки называют многоцелевыми?
2.	Каковы компоновки многоцелевых станков?
3.	Как происходит автоматическая смена инструмента?
ГЛАВА 14.
СТРОГАЛЬНЫЕ, ДОЛБЕЖНЫЕ И ПРОТЯЖНЫЕ
СТАНКИ
§54. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Группа строгальных, долбежных и протяжных станков — единствен-
ная, в которой главное движение резания является прямолинейным.
На строгальных и долбежных станках обработка ведется резцами, на
протяжных — протяжками.
Строгальные, станки разделяют на продольно-строгальные (одно- и
двухстоечные) и поперечно-строгальные. В продольно-строгальных стан-
ках, наиболее крупных в группе (длина стола до 16 м), главное движе-
ние сообщается заготовке, во всех остальных станках - инструменту.
Долбежные и протяжные станки особенно удобны для обработки
сложных внутренних поверхностей. Строгальные станки эффективны
при обработке узких длинных поверхностей, особенно сквозных пря-
мых канавок и пазов; получают на них и фасонные линейчатые наруж-
ные поверхности.
Преимуществом строгальных станков по сравнению с фрезерными
является простота конструкции инструмента, что важно для единичного
и мелкосерийного производства. Основной недостаток станков данной
группы — возвратно-поступательный характер главного движения. Нали-
чие обратного (вспомогательного) хода, даже ускоренного, и неблаго-
приятные динамические явления в процессе реверсирования снижают
производительность.
180

§55. ПОПЕРЕЧНО-СТРОГАЛЬНЫЙ СТАНОК 7Е35
Станок предназначен для обработки плоских и фасонных поверх-
ностей на некрупных деталях в условиях единичного или мелкосерий-
ного производства, например в инструментальных и ремонтных цехах.
Техническая характеристика
Наибольший ход ползуна, мм............................ 520
Размеры рабочей поверхности стола (длинах ширина), мм ..	500X360
Частота ходов ползуна, ход/мин........................13,2-150
Горизонтальная подача стола, мм/дв. ход................. 0,2-4
Основные узлы и движения (рис. 124). По направляющим стани-
ны 5 возвратно-поступательно перемещается ползун 4, сообщая резцу
главное движение. Заготовка закрепляется на столе 7, она неподвижна
во время рабочего хода резца. Периодически (при каждом обратном
ходе ползуна) стол может перемещаться в поперечном (горизонталь-
ном) направлении по направляющим поперечины 2 или вместе с попере-
чиной вертикально по станине. Также периодически можно перемещать
в вертикальном направлении суппорт 3 с резцом. Движение стола, попе-
речины, суппорта является движением подачи или движением углубле-
ния. Стол и поперечину можно перемещать непрерывно и ускоренно
(установочное движение). Внутри станины расположены кулисный меха-
низм, коробка скоростей 6 и коробка подач 7.
Рис. 124. Поперечно-строгальный станок 7Е35
181

Кинематическая структура (рис. 125). Асинхронный электродви-
гатель М служит для всех механических перемещений. Привод главного
движения соединяет двигатель с ползуном и содержит коробку скоростей
(валы /, II, III) и кривошипно-кулисный механизм КК.
Три двойных передвижных блока зубчатых колес дают восемь сту-
пеней скорости. Дисковая фрикционная муфта Л/1 позволяет разъединить
шкив 0355 и вал I, чтобы остановить движения рабочих органов, не
выключая двигателя (например, для измерения) . Тормоз Т1 сблокирован
с муфтой Mi и ускоряет остановку.
Кривошипно-кулисный механизм преобразует вращательное дви-
жение зубчатого колеса 102 вместе с пальцем в возвратно-качательное
движение кулисы. Верхний конец кулисы связан серьгой с ползуном.
Палец соединен с гайкой, которая перемещается от квадрата Р2 вала IV
Рис. 125. Кинематическая схема поперечно-строгального станка 7Е35
182

при настройке. Передвижение гайки от оси вала IV увеличивает радиус
кривошипа, а следовательно, угол качания кулисы и ход ползуна. Место
хода (исходное положение) ползуна смещается поворотом винта от
рукоятки Р1 или Р6.
Уравнение кинематического баланса при максимальной частоте ходов
ползуна (по схеме верхний блок на валу I — в нейтральном положении,
два других блока — в нижнем положении)
„ - 140 42 58 18___________________ /
«max- 1450 — — — — * 150двлод/мин.
Привод подачи заготовки. Стол получает движение от двухзаходной
передачи винт—гайка с шагом Р — 6 мм, поперечина - от однозаходной
передачи с таким же шагом. Какая же из передач работает, зависит от
положения зубчатого колеса 30 на валу IX (по схеме включена попере-
чина) . Направление движения стола и поперечины устанавливают муф-
той М3 реверсирующего механизма. Муфта М4 — предохранительная.
В зависимости от включения муфты М2 вал VII получает движение
либо от храпового механизма XI (периодическое движение подачи),
либо от зубчатой передачи 16/40 (ускоренное перемещение). Храповой
механизм действует от кулачка — эксцентрика К1, который жестко
связан с кривошипом кулисы. Кулачок К1 при каждом двойном ходе
ползуна нажимает на рычаг зубчатого сектора 60, который поворачивает
колесо 30, а с ним поводок собачки и храповое колесо 96. Рычаг-сектор
60 возвращается пружиной до упора У, связанного с другим зубчатым
сектором 57. Рукояткой РЗ через передачу 24/57 меняют положение
упора, и следовательно, угол поворота рычага-сектора 60, храпового
колеса 96, т. е. подачу. Минимальная подача стола
с 1 27 36 30 , о	.
Smin =	б*2 = 0,2 мм/дв.ход.
Стол (поперечина) ускоренно перемещается, получая движение
от вала 1 через зубчатые колеса 84-36-84 и цепную передачу 15/32.
От колеса 84 на валу I получает движение насос Н смазки.
Механическое перемещение суппорта осуществляется при обрат-
ном ходе ползуна, когда рычаг храпового механизма Х2 поворачивается
кулачком К2. Вращение храпового колеса 45 передается через две пары
конических колес на винт Р — 5x1. Гайка неподвижна, винт и вращается
и перемещается так же, как и винт с рукояткой Р1 (винт стола только
вращается, винт поперечины неподвижен).
Система из штанги-толкателя ТЛ1, шарнирного параллелограмма П
и толкателя ТЛ2 служит для подъема откидной плиты с инструментом И
при его вспомогательном ходе. Благодаря тормозу Т2 оба толкателя в
начале обратного хода неподвижны, а ползун, суппорт и ось поворота
откидной плиты движутся — резец, поворачиваясь, приподнимается.
В начале рабочего хода штанга ТЛ1 снова задерживается, резец опус-
кается.
183

§56. ДВУХСТОЕЧНЫЙ
ПРОДОЛЬНО-СТРОГАЛЬНЫЙ СТАНОК 7212
Станок является универсальным; он предназначен для обработки,
в том числе отделочной, плоскостей, например направляющих, для проре-
зания протяженных пазов различного профиля.
Техническая характеристика
Наибольшие поперечные размеры заготовки, мм:
ширина............................................... 1250
высота. ............................................. 1120
Длина рабочей поверхности стола, мм....................... 4000
Подача суппортов, мм/дв.ход:
при движении по поперечине......................... 0,5 —25
при остальных движениях.............,............. 0,25—12,5
Основные узлы и движения. Компоновка станка не отличается от
компоновки двухстоечного продольно-фрезерного станка. Стол с заго-
товкой перемещается возвратно-поступательно относительно резцов,
закрепленных в суцпортах. Движение стола — главное, следовательно,
происходит с высокой скоростью (резания). Обратный ход — вспомо-
гательный, с еще большей скоростью, причем резцы приподнимаются.
Станина, стойки и соединительная балка наверху образуют замкну-
тый контур несущей системы. Один суппорт на стойке и два на поперечи-
не совершают те же вертикальные и горизонтальные движения, которые
имеют место у продольно-фрезерных станков, и являются установочными
или служат для периодической подачи резцов, а также для их углубления.
Суппорт может быть повернут на угол до 60°. Привод стола смонтирован
рядом со станиной.
Кинематическая структура (рис. 126, б). Главное движение сооб-
щается столу от двигателя постоянного тока Ml, через двухступенчатую
коробку скоростей с зубчатой муфтой Мх и косозубую реечную переда-
чу. Максимальная скорость стола
”тах = 1500	3,14-12’ Ю * 80 000 мм/мин = 80 м/мин.
С валом III через колеса 144-93-50 и червячную передачу 1/55 свя-
зан механизм пульта управления ПУ. Лимб Л (рис. 126, в) этого механиз-
ма показывает длину хода стола. Маховиками Р9 и РЮ через колеса 40
поворачивают зубчатые секторы внутреннего зацепления 180 с упорами
и кулачками, которые подают команды на замедление стола перед ревер-
сированием и на само реверсирование. Скорости рабочего и вспомогатель-
ного ходов регулируются на пульте раздельно. Маховики удерживаются
от проворота колесами 80 и фиксирующими рейками.
Движение подачи на левый вертикальный суппорт передается от асин-
хронного электродвигателя М2 (рис. 126, б) через червячную передачу
2/58, храповой механизм XI (при выключенной муфте М2 и включен-
ном фрикционе М3), зубчатые колеса 55-35-22 (на валу Х1Г) . От послед-
184

Рис. 126. Кинематическая схема двухстоечного продольно-строгального станка 7212
185

него колеса получают вращение колеса 22, составляющие левый ряд
на валах X, XI, XIII. Включением одной из кулачковых/ тугуфт М4...М7
передают вращение на один из этих валов. При включении муфты М4
влево вращается ходовой винт X горизонтальной подачи. При включении
муфты Ms влево через три пары колес 23/23, 22/22, 23/23 вращение
передается винту XVIIIвертикальной подачи.
Одновременно с левым рядом колес 22 на валах X, XI, XII, XIII в
противоположном направлении вращается правый ряд таких же колес.
Соответствующее переключение муфт М4 ... М7 меняет направление
подач. Муфты М8...Mi j — предохранительные.
Во время вспомогательного хода стола двигатель М2 реверсируется,
и храповой механизм, обеспечивающий периодическую подачу, заряжает-
ся. Муфта М3 передает движение собачке до тех пор, пока фрикцион не
разожмется неподвижным упором У1 (при подаче) или регулируемым
упором У2 (при зарядке) . Значение подачи устанавливают маховиком Р1,
от которого через передачу 19/76 (фиксирующее колесо 15 выводят
вправо) поворачивают подвижный упор У2, меняя угол между ним и
неподвижным упором У1, т. е. угол, в пределах которого фрикцион М3
зажат, и собачка поворачивается.
Минимальная вертикальная подача (на один зуб храповика 60)
с 1 55 35 22 23 22	23 , Л .
Smin =	мм/да-ход-
Для ускоренного установочного перемещения суппорта включается
электромагнитом кулачковая муфта М2- Движение возможно лишь
в одну сторону, когда зубья храповика проскакивают, отжимая собач-
ку; фрикцион разжат. Скорость быстрого горизонтального перемещения
vrnn = 1430	6-2= 1480мм/мин = 1,48м/мин.
Г°Р	5# 35 22 22 22
На каждом торце поперечины предусмотрены по четыре муфты для
ручного перемещения суппортов. Кроме того, для тонкого вертикального
подвода пользуются маховиками Р2 и РЗ. Рукоятки Р4 иР5 служат для
поворота суппортов (324 — зубчатый сектор), при этом муфты обгона
Л/14 иМ15 предохраняют от опрокидывания суппорт при повороте.
Коробка подач и механизмы перемещения бокового (горизонталь-
ного) суппорта унифицированы.
Поперечина передвигается по стойкам двумя ходовыми винтами
XXXI и XXXII, которые получают вращение от двигателя М4 через
червячные передачи 1/30. Зажим поперечины производится системой
рычагов (см. рис. 135, а, показано упрощенно), на которые воздействует
винт XXXVII. Винт вращается двигателем М5 через червячный редук-
тор 1/60.
186

§57. ДОЛБЕЖНЫЙ СТАНОК 7 Д4 30
Станок предназначен для обработки долблением наружных и внут-
ренних, плоских и фасонных поверхностей, пазов, вырезов; возможно
поднутрение (наклон до 10° относительно вертикали) .
Техническая характеристика
Наибольший ход ползуна (долбяка), мм................... 320
Диаметр рабочей поверхности стола, мм...................... 630
Скорость ползуна, м/мин................................... 3—38
Подачи:
продольная и поперечная, мм/дв.ход................. 0,1-2,5
круговая, °........................................ 0,1-1,4
Основные узлы и движения (рис. 127). Главное движение сообщает-
ся ползуну П (долбяку) с резцом — сверху вниз по направляющим сала-
зок СЗ, закрепленных на станине СН1. Заготовку закрепляют на столе СЛ,
который неподвижен при рабочем ходе резца. При вспомогательном ходе
резца вверх происходит движение подачи — круговой, поперечной или
продольной: поворот стола вокруг оси X, или поперечное перемещение
стола с верхними салазками ВС от ходового винта IV, или продольное
перемещение нижних салазок НС от винта VI, закрепленного на горизон-
тальной части станины СН2.
Насосная установка Н питает гидроцилиндр ползуна и цилиндр подач.
Гидропанель Г управляет потоками масла при реверсировании поршней
и изменении скорости главного движения. Подачу регулируют коробкой
подач КПД, а направление движения подачи устанавливают с помощью
коробки передач КПР.
Кинематическая структура (рис. 127). Привод главного движения.
Сдвоенный лопастный насос гидропривода вращается электродвигате-
лем Ml и нагнетает масло в трубопроводы. Ползун П перемещается ци-
линдром Ц1. С ползуном соединена зубчатая рейка с т = 2,5 мм. Реечное
колесо 28 через карданный вал передает движение валам XI, XII, XIII и
кулачкам KI, К2. От положения кулачков, воздействующих на золот-
ник гидропанели через рычаг Р, зависят ход и исходное положение рез-
ца. В случае падения давления в гидросистеме, например при выключении
станка, включается пружиной муфта (выключается гидроприводом),
вал XI соединяется с корпусом, в результате чего предотвращается паде-
ние ползуна. В ползуне расположен механизм для автоматического от-
вода резца от обработанной поверхности при обратном ходе, а около
салазок — устройство для их поворота на угол поднутрения (на рис. 127
не показаны).
Привод подач — гидромеханический. От гидропанели Г масло посту-
пает в левую полость цилиндра Ц2, передвигая при вспомогательном ходе
ползуна поршень и рейку с т = 2 мм вправо. Реечное колесо 24 пере-
дает движение рычагу и собачке храпового механизма Х1. Храповое
колесо 60 закреплено на валу I. Через коническую (20/20) и винтовую
(19/19) зубчатые передачи движение передается валу III, входящему
в коробку передач КПР.
187

Рис. 127. Кинематическая схема долбежного станка 7Д430
От положения передвижного колеса 48 на валу III зависит направ-
ление движения: вперед-назад, вправо-влево, по часовой стрелке или
против (это колесо может сцепляться с нижним колесом 36 на валу VII) .
Колеса 48 на валах IV и VIII всегда вращаются при вращении вала III.
Муфта Mi соединяет вал IV с колесом 48 на нем или с ручным при-
водом (Р2, 15/65). При вращении ходового винта IV с шагом Р = 6 мм
перемещается гайка с поперечными (верхними) салазкам^. Муфта М2
соединяет вал VIII с колесом 48 на нем или с ручным приводом (РЗ,
15/60), содержащим также делительный механизм. Через цилиндрическую.
(28/28) и червячную (1/105) передачи поворачивается вокруг оси X
188

стол. На вал V движение поступает от ручного привода (Р1,15/42, 16/48)
или от колеса 48 на валу IV. Далее следует винтовая зубчатая передача
19/19. Гайка на неподвижном винте VI, вращаясь, перемещается вместе
с продольными (нижними) салазками.
Значение подачи регулируется маховичком Р4\ перемещается гайка,
служащая упором для рейки. Изменение хода рейки меняет число зубьев
а храповика, захватываемых собачкой. Уравнение кинематического
баланса для цепи круговой подачи
*$кр
а	20	19	48	48	36	28
60	20	19	48	36	48	28
—360°/дв.ход
Храповой механизм Х2 удерживает вал I от поворота при возврате
поршня цилиндра Ц2 влево, когда собачка механизма XI проскальзы-
вает по зубьям своего храповика.
Электродвигатель М2 является источником ускоренных, например
установочных, перемещений стола со скоростью 2,8 м/мин.
От вала I через колеса 40, 44, 64 и червячную передачу 1/50 получает
движение не показанный на схеме механизм настройки на заданный
путь стола.
§58. ПРОТЯЖНЫЕ СТАНКИ
Общие сведения. Протяжные станки предназначены для обработки
протяжками внутренних или наружных линейчатых поверхностей с разно-
образными профилями. Для обработки достаточно одного прямолиней-
ного движения со скоростью v инструмента 1 (рис. 128, а) или заготов-
ки 2. Разделение припуска на срезаемые слои достигается подъемом а
(рис. 128, б) зубьев протяжки по ее длине. За счет усложнения инстру-
мента упрощена конструкция станков и достигнута высокая производи-
тельность, а также высокая точность обработки. Эти станки применяют
преимущественно в массовом и серийном производстве.
Различают протяжные станки: общего назначения и специальные;
для внутреннего или наружного протягивания; горизонтальные и верти-
кальные; обычные (с обратным ходом) и непрерывного действия (с
движением зубьев по замкнутому контуру) .
Протяжные станки характеризуются номинальной тяговой силой
(50—1000 кН) и наибольшей длиной хода протяжки (1000—2000 мм).
Горизонтально-протяжной станок 7Б56 предназначен для протягива-
ния сквозных отверстий разнообразной формы (например, шлицевых
Рис. 128. Схема протягива-
ния (а) и режущие зубья
протяжки (б)
189

отверстий) . Используя специальные приспособления, можно обрабатывать
и наружные поверхности. Станок используют в условиях различных
производств (даже единичного — со стандартными протяжками).
Техническая характеристика
Номинальная тяговая сила, кН............................ 200
Наибольшая длина хода рабочих салазок, мм.............. 1600
Скорость перемещения салазок, м/мин:
при рабочем ходе.................................. 1,5—13
при обратном ходе.................................. 20-25
Основные узлы и цикл работы. Станок имеет составную сварную
удлиненную станину 2 (рис. 129) с направляющими скольжения для бази-
рования рабочих салазок 4, которые держат рабочий патрон 6. Патрон
служит для захвата переднего рабочего хвостовика протяжки 3 и соеди-
нен со штоком рабочего гидроцилиндра 1. Гидроцилиндр является источ-
ником прямолинейного движения протяжки — главного движения реза-
ния. Обрабатываемая заготовка, охватывающая протяжку, прижимается
по торцу силой резания к неподвижной опорной плите 5.
Приставная часть 10 станины служит для базирования вспомогатель-
ных салазок 9 со вспомогательным патроном 8/ Последний удерживает
задний хвостовик протяжки, перемещает ее с помощью вспомогательного
гидроцилиндра в периоды подвода и отвода.
Полный цикл работы предусматривает быстрый подвод протяжки
к рабочему патрону и захват ее, замедленный ход, рабочий ход с боль-
шой скоростью (которая обеспечивает полное использование мощности
привода), замедленный рабочий ход (для получения требуемой шерохо-
ватости при работе калибрующих зубьев протяжки), раскрытие вспомо-
гательного патрона и вывод протяжки из детали, остановку для выгруз-
ки детали, обратный ход рабочих салазок после повторного нажатия
кнопки ’’Пуск цикла”, захват протяжки вспомогательным патроном
в начале обратного хода, замедление скорости в конце обратного хода
и раскрытие рабочего патрона, отвод протяжки вспомогательными салаз-
ками, останов. Возможен неполный цикл без подвода и отвода протяжки,
когда вспомогательные узлы не действуют.
Во избежание провисания свободного конца протяжки, когда она
Рис. 129. Горизонтально-протяжной станок 7Б56
190

закреплена только в одном из патронов, предусмотрены подверживаю-
щие ролики 7и 17, которые могут быть отведены.
Гидропривод (рис. 130). Протяжка подводится и отводится вспомо-
гательным гидроцилиндром 31, который питается от пластинчатого насоса
22 через фильтры грубой и тонкой очистки 24 и 25. В исходном положе-
нии управляющий распределитель 28 находится в средней позиции. Масло
от шестеренного насоса управления 6 подведено под оба торца гидро-
распределителя 26, что удерживает его также в среднем положении. При
этом правая полость цилиндра 31 изолирована, а левая - соединена со
сливом.
Нажатием кнопки ’’Пуск цикла” включают электромагнит Э6. Рас-
пределитель 28 переключается влево, соединяя магистрали 12 и 29 между
собой, а трубопровод 27 со сливом, масло подается под правый торец
Рис. 130. Гидросхема станка 7Б56
191

гидрораспределителя 26, передвигая его влево. Трубопроводы 30 и 32
оказываются соединенными между собой и с насосом 22. Давление в
обеих полостях цилиндра 31 одинаково, площадь правой, бесштоковой
части больше, чем левой, — поршень движется влево, протяжка подво-
дится к рабочему патрону. Масло из левой полости цилиндра перетекает
в правую полость, увеличивая поток от насоса 22.
Рабочий гидроцилиндр 35 получает масло от радиально-поршневого
реверсивного насоса 1. При рабочем ходе напорной является магистраль
13-33-34, а сливной 36-37-14. Часть сливающего масла питает насос;
избыток сбрасывается через клапанную коробку 7 и напорный золотник
8. При обратном ходе масло от насоса поступает по трубопроводам 14-36.
Масло, вытекающее из цилиндра, не может пройти через обратный кла-
пан 33 и перетекает из правой в левую полость цилиндра через обратный
клапан 37. Из бака масло забирается через обратный клапан 5 и клапан-
ную коробку 7.
В исходном положении обе полости насоса 1 соединены трубопро-
водом 4 через переливной клапан 2 в позиции Б. Это предотвращает
самопроизвольное движение салазок при неточной настройке нулевого
положения насоса. Перед движением салазок клапан 2 переводится в
положение А — полости насоса разъединены. В зависимости от направ-
ления (вправо-влево) смещения статора относительно ротора всасываю-
щая и нагнетательная полости насоса меняются назначением, а от сме-
щения зависит производительность насоса и, следовательно, скорость
салазок.
Различные смещения статора устанавливают при наладке регулиро-
ванием винтов 19, которые служат упорами для штоков поршней 21.
Положение диска 20 и связанного с ним статора определяется одним из
поршней 21. При включении электромагнита Э1, переключающего распре-7
делитель 15, происходит рабочий ход, который ускоряется при дополни-
тельном включении ЭЗ. Включение Э2 вызывает обратный ход, который
замедляется при включении еще и электромагнита Э4. Порядок и момент
переключения электромагнитов зависят от расстановки конечных выклю-
чателей.
Предохранительные клапаны 3 и 9, напорные золотники 10, 11, 23,
38 сбрасывают часть масла на слив при повышении давления в определен*
ных магистралях до значения, большего, чем давление при настройке.
Вопросы для самопроверки
1.	Какие сочетания движений винта и гайки применены в станке 7Е35?
2.	Как работают механизмы подачи в станке 7212?
3.	Перечислить последовательность действий механизмов станка 7Б56 в цикле
обработки.
192

ГЛАВА 15.
ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
§59	. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Шлифовальными называют станки, которые работают инструмента-
ми из абразивного материала. Наиболее распространенный абразивный
инструмент — шлифовальный круг. Применяют также алмазные круги.
Основное назначение шлифовальных станков — чистовая обработка
деталей, в особенности при высокой твердости их материала (закален-
ные стали, твердые сплавы и т. д.). При этом достигаются малая шеро-
ховатость обработанной поверхности, малое отклонение формы разме-
ров деталей.
Шлифовальные станки позволяют обрабатывать наружные и внутрен-
ние, цилиндрические и конические, плоские и фасонные поверхности,
профиль резьбы и зубчатого венца, сложные поверхности режущих инстру-
ментов. Расширяется использование шлифовальных станков для обдироч-
ных работ. В типаже предусмотрены соответствующие типы (см. табл. 1) .
К круглошлифовальным станкам относятся станки для обработки наруж-
ных поверхностей; они бывают центровыми и бесцентровыми. Бесцентро-
выми являются также и некоторые специальные внутришлифовальные
станки.
У всех шлифовальных станков главное движение — вращение шли-
фовального круга. Высокая скорость главного движения резания v (35,
50 м/с и выше) требует высокой частоты вращения шлифовального
шпинделя, в особенности при небольших диаметрах кругов. Поэтому
обычно в приводе главного движения применяют одну ременную переда-
чу, а также электро- или пневмошпиндели.
Если обрабатываемая заготовка цилиндрическая и короткая
(рис. 131, а) или плоская и узкая (рис. 131, б), то высоты Н шлифо-
вального круга может быть достаточно, чтобы перекрыть ее. В этом слу-
чае необходимо одно движение подачи: вращение круглой заготовки
(круговая подача 5 на рис. 131, а) или продольное движение плоской
Рис. 131. Схемы шлифования:
а, б — круглого и плоского врезного; в - круглого продольного; г - плоского с
поперечной подачей
7 Маеров
193

заготовки (продольная подача 5 на рис. 131, б). Такой способ шлифова-
ния называют способом врезания. При круглом шлифовании при этом
происходит постепенное, непрерывное врезание (углубление) круга
на глубину t в радиальном (поперечном) направлении (рис. 131, а).
При плоском шлифовании углубление круга на глубину t происходит
периодически (рис. 131, б) после каждого прохода.
Если ширины круга недостаточно, чтобы перекрыть заготовку, тре-
буется второе движение подачи: вдоль оси цилиндрической заготовки
(продольная подача 52 при продольном шлифовании — рис. 131, в) или
поперек плоской заготовки (поперечная подача S2 — рис. 131, г). При
круглом продольном шлифовании движение продольной подачи всегда
непрерывно, движение углубления — периодическое, после прохожде-
ния по всей поверхности. При плоском шлифовании движение попереч-
ной подачи может быть прерывистым или непрерывным.
На любом шлифовальном станке необходима правка круга. Правя-
щее устройство, срезая слой абразива, придает шлифовальному кругу
необходимую геометрическую форму, восстанавливает ее и режущую
способность круга после изнашивания и затупления. Конструкция правя-
щего устройства зависит от вида правящего инструмента и типа станка.
Наиболее высокое качество правки достигается применением алмаз-
ного инструмента: алмаза в оправе, алмазно-металлического карандаша,
алмазного ролика (с алмазным слоем на наружной поверхности). Без-
алмазная правка производится с помощью правящего шлифовального
круга или твердосплавного ролика.
Качество работы шлифовального станка зависит от уравновешен-
ности qtq быстровращающихся частей. В процессе эксплуатации прихо-
дится постоянно следить и при необходимости восстанавливать уравно-
вешенность шлифовального круга, имеющего высокую угловую скорость,
а часто и большой диаметр. Неуравновешенность вызывает при вращении
вибрацию, которая ведет к увеличению шероховатости обработанной
поверхности, снижению точности обработки, ускоренному изнашиванию
абразивного и правящего инструмента, постепенному выходу из строя
опор шпинделя, а также создает угрозу разрыва круга.
В большинстве случаев достаточно статической балансировки на
стенде, который иногда поставляют вместе со шлифовальным станком.
Один из таких стендов показан на рис. 132. Круг 1 в сборе с планшайбой
(фланцами) устанавливают на балансировочную оправку 2, которая
под действием неуравновешенности перекатывается по строго горизон-
тальным параллельным валикам 3, пока более тяжелая часть круга не
оказывается внизу. Заметив это положение, за несколько попыток разме-
щают сухари-грузики 4 в кольцевой выточке фланца таким образом,
чтобы круг, повернутый на 90° или другой угол сохранял неподвижность.
На некоторых станках предусмотрено устройство для балансировки
круга непосредственно на вращающемся шпинделе (см. § 60).
В целях безопасности в случае разрыва вращающегося шлифоваль-
ного круга он огражден прочным защитным кожухом.
На шлифовальным станках часто применяют измерительно-управляю-
щие устройства, облегчающие труд станочника и повышающие его произ-
194


Рис. 132. Стенд для статической балансировки:
а - вид со шлифовальным кругом и балансировочной оправ-
кой; б - балансировочный сухарь-грузик
Рис. 133. Схема
бесконтактного из-
мерительного уст-
ройства
водительность. Эти устройства осуществляют активный контроль разме-
ров шлифуемых заготовок и подают команды на переключение с движе-
ния чистовой подачи на выхаживание, на подналадочное перемещение
шлифовальной бабки, об окончании обработки.
Измерительные приборы могут подводиться и отводиться с помощью
пневматических или гидравлических устройств. Применяют контактные
и бесконтактные приборы. В последних используют пневматическое
сопло 1 (рис. 133), через которое выходит сжатый воздух. От зазора z
между соплом и прошлифованной поверхностью 2 зависит давление в
пневматической магистрали, которое фиксируется отсчетным устройст-
вом 5, проградуированным в единицах длины.
Числовое программное управление в шлифовальных станках при-
меняют реже, чем в сверлильных или фрезерных. ЧПУ используют при
изготовлении деталей сложной формы (многоступенчатые валы на кругло-
шлифовальных станках, фасонные контуры деталей на профилешли-
фовальных станках), а также для изменения режима обработки, напри-
мер подачи или глубины срезаемого слоя.
От состава смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) и способа ее ।
подвода в зону обработки зависит режущая способность круга и нагрев в
зоне контакта, а следовательно, производительность и качество обработки.
195
7*

§60	. КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНЫЙ СТАНОК ЗМ151
Станок предназначен для шлифования наружных цилиндрических
и торцовых поверхностей, а также пологих конусов на деталях тица
валов. Станок является полуавтоматом класса точности П и может рабЬ-
тать с прибором активного контроля. На станке можно вести продоль-
ное и врезное шлифование.
Техническая характеристика
Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, мм.....	200
Наибольшая длина обрабатываемой заготовки, мм.......... 700
Наибольший диаметр шлифовального круга, мм............. 600
Основные узлы и движения (рис. 134). Главное движение — враще-
ние шлифовального круга. Обрабатываемую заготовку устанавливают
между центрами передней 1 и задней 5 бабок, которые размещены на столе
2. Передняя бабка сообщает заготовке круговую подачу, стол, движущийся
по направляющим скольжения станины 6У— продольную подачу. Стол
состоит из двух частей. Верхняя часть — поворотная (вокруг вертикаль-
ной оси), чтобы настраивать станок на угол шлифуемого конуса. Шли-
фовальная бабка 3 может перемещаться по поперечным направляющим
станины. Привод 4 поперечного перемещения расположен на шлифо-
вальной бабке. Устройства для правки монтируют на задней бабке или
на столе.
Кинематическая структура (рис. 135). Привод шлифовального круга
состоит из асинхронного электродвигателя Ml и клиноременной переда-
чи 0165/0157,5. Привод движения круговой подачи изделия состоит
Рис. 134. Круглошлифовальный полуавтомат ЗМ151
196

Механизм для балансировки

из двигателя М2 постоянного тока и двух клиноременных передач:
079/0100 и 050/0166. Ремни второй передачи натягивают путем удале-
ния оси вала II от оси III за счет эксцентричного расположения первой
оси во втулке с червячным, йенцом 38. Особенность кругл ошлидоваль-
ных станков — неподвижность шпинделя передней бабки с передним
центром. Вращение заготовке передается через планшайбу и поводок ПВ.
Это повышает точность обработки (исключается биение шпинделя).
Привод продольной подачи может быть гидравлическим — от цилинд-
ра Ц1 и ручным — от маховика Р1. Гидропривод и ручной привод сблоки-
рованы, т. е. не могут действовать одновременно: при включении гидро-
привода давление в цилиндре Ц2 выключает муфту М3 и разрывает связь
реечного колеса 12 с механизмом ручного привода. Осевым перемеще-
нием маховика Р1 вместе с валом IV на себя рабочий может изменить
скорость ручного перемещения (за один оборот маховика) более чем
в 6 раз (включается передача 16185}.
Привод поперечного перемещения имеет четыре источника движе-
ния. Гидродвигатель ГД2 является источником быстрого установочного
перемещения. От него через зубчатую передачу 35/35 крутящий момент
передается блоку цилиндрического и конического колес на валу VII
(муфта М2 выключена) и далее на вертикальный вал VIII, через червяч-
ную передачу 2/40тгмке шариковой винтовой пары с Р = 10 мм. Ходо-
вой винт не может вращаться и с помощью гидроцилиндра Ц4 удержи-
вается в осевом направлении. Ходовая гайка вращается и вместе со шли-
фовальной бабкой перемещается поступательно. Цилиндр Ц4 служит
для быстрого отвода и подвода бабки. Ручное перемещение,от махови-
ка Р2 передается на блок колес 35-39 через муфту М2 и далее по цепи.
Четвертый источник движения — гидродвигатель ГД1. Он связан
с маховиком (а через него с ходовой гайкой) муфтой Мг, червячной
передачей 1/50 и фрикционном соединением с помощью винта РЗ (махо-
вик зажимают на втулке — ступице червячного колеса).
Если утопить кнопку Р4, то связанный с ней стержень при повороте
маховика упрется в упор У, ограничив поперечное перемещение бабки.
Это позволяет наладить станок на шлифование партии заготовок до
упора.
Пиноль ПН задней бабки под действием пружины зажимает заготовь
ку в центрах. Сжатие пружины и, следовательно, усилие зажима регули-
руются рукояткой Р5. Отводят пиноль с помощью зубчатой рейки, выпол-
ненной за одно целое с ней. Реечное колесо 23 можно поворачивать ру-
кояткой (не показанной на схеме) или плунжером — рейкой ЦЗ.
Механизм для балансировки закреплен на фланце шлифовального
круга. Ось рукояток X и ось поворота грузов XIII являются продол-
жением оси шлифовального шпинделя. От углового положения грузов
Г1 и Г2 зависит положение общего центра вращающихся масс (круга
с фланцами и механизма балансировки с грузами). Если при вращении
круга взяться рукой за рукоятку Р6 и удерживать ее от вращения, то
зубчатые колеса, обкатываясь вместе с корпусом вокруг колеса 16 на
оси X, получат вращение вокруг своих осей (это равноценно вращению
рукоятки при неподвижном корпусе механизма). Вслед за цилиндри-
198

8
Рис. 136. Шлифовальная бабка станка ЗМ151
40
40

ческой передачей 16/32 и двумя червячными передачами 5/16 и 1/20 *
(колеса 16 и 20 в этих передачах косозубые) начнет поворачиваться отно-
сительно круга груз Г1. Вместе с ним в ту же сторону, но немного медлен-
нее, через передачи 20/1.7 и 16/19 будет поворачиваться грузГ2, В резуль-
тате будет меняться угол между грузами и положение биссектрисы этого
угла относительно неуравновешенной массы. Соответственно общий
дисбаланс будет увеличиваться или уменьшаться. По электронному инди-
катору, показывающему размах колебаний шлифовальной бабки, опре-
деляют момент наилучшей уравновешенности и отпускают рукоятку Р6.
Если этот момент упущен и необходимо вернуть грузы обратно, опускают
рукоятку Р6 и останавливают рукоятку Р7. Благодаря паразитному
колесу 26 направление движения грузов изменятся. Груз Г1 делает один
(дополнительный) оборот за 128 оборотов шлифовального круга.
Конструкция шлифовальной бабки (рис. 136). Бабка перемещается
по роликовым направляющим 1. Опоры шпинделя 2 — гидродинамичес-
кие. Вкладыши 3, поворачиваясь на сферических концах винтов 4, обра-
зуют масляный клин, обладающий высокой жесткостью (принцип дейст-
вия — в § 7). Винты 4 стопорятся гайками 5. Осевой опорой шпинделя
служит подпятник скольжения, образованный комплектом сферических
шайб 6, охватывающих бурт шпинделя. Зазор в подпятнике регулируют
гайкой 7. Уплотнение представляет собой неподвижное кольцо 8, охва-
тывающее шпиндель и прижатое пружинами 9 к фланцу (например, 10).
§61	. БЕСЦЕНТРОВО-ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Общие сведения. Бесцентрово-шлифовальные станки служат для
обработки наружных или внутренних поверхностей тел вращения. Они/
применяются в крупносерийном и массовом производстве. Основное
достоинство таких станков — возможность шлифования нежестких заго-
товок (например, малого диаметра и большой длины), а также валов
без центровых отверстий. Эти станки не требуют зажима заготовки, а4
потому легко автоматизируются.
Достоинства этих станков являются следствием способа базиро-
вания заготовки. На рис. 137, а показаны наиболее распространенная
схема базирования и основные движения при наружном продольном
шлифовании (при шлифовании ”на проход”). Обработка ведется шлй-
фовальным кругом 1 (у — скорость главного движения резания, м/с).
Заготовка 2 поддерживается опорным ножом 4. Движения подачи сооб-
щаются заготовке ведущим кругом 3 (гв - скорость ведущего кру-
га, м/мин). Если ось ведущего круга параллельна оси заготовки, послед-
няя получает только круговое движение подачи (подача S^) при врезном
шлифовании. При повернутом ведущем круге (рис. 137, а) появляется
дополнительная составляющая — движение продольной подачи заготов-
ки (подача Sn) , причем 5К = vB cos a; Sn = vB sin а.	<
Для некоторых заготовок применяют способ базирования на баш-
маках (рис. 137, б). Ось вращения планшайбы изделия с магнитным
патроном Оп не совпадает с осью заготовки О3. Из-за этого заготовка 7,
200

Рис. 137. Схема бесцентрового наружного Шлифования:
а — продольного с базированием на ноже; б - врезного с базированием на башмаках
увлекаемая магнитными силами за торец, проскальзывает по торцу при
вращении, но прижимается при этом к башмакам 2.
Круглошлифовальный бесцентровый станок ЗМ184 предназначен
для шлифования наружных гладких, ступенчатых, конических и фасон-
ных поверхностей тел вращения.
Диаметр обрабатываемых заготовок 3...80 мм. Наибольший диаметр
круга: шлифовального — 500 мм, ведущего — 350 мм.
На станине 1 (рис. 138) установлены бабки шлифовального 5 и веду-
щего кругов 2. Узлы 3 и 4 — устройства правки, 6 — механизм врезания.
На кинематической схеме (рис. 139) Ml — асинхронный двигатель
шлифовального круга ШК, М2 ~ двигатель ведущего круга ВК. Ускорен-
ное поперечное перемещение бабки шлифовального круга по направляю-
щим качения производится от двигателя М3, ручное перемещение —
от маховика Р4. В обоих случаях с вала IV движение передается через
червячную передачу 1/50 на ходовую гайку. При неподвижном винте
Р = 4 мм гайка вращается и перемещает бабку. Толчковая рукоятка
РЗ при каждом качании обеспечивает поворот вала IV на одно деление
лимба (через храповой механизм X с колесом 80) .	х
При врезном шлифовании действует гидрофицированный механизм,
перемещающий ходовой винт V вдоль его оси (без вращения) вместе со
шлифовальной бабкой. У цилиндра Ц2 шток поршня жестко соединен
с ходовым винтом V. В штоке сделан паз, сквозь который проходит
клин К, и закреплен упирающийся в клин ролик. Давление в правой
полости цилиндра Ц2 отводит бабку влево. При подаче масла в левую
полость бабка быстро подводится до тех пор, пока ролик не упрется
в клин. Затем клин постепенно вытягивается цилиндром Ц1 из паза —
бабка продолжает движение вправо, происходит врезание. Когда упор-
ный буртик У штока доходит до корпуса, бабка останавливается, начи-
нается выхаживание (клин, оторвавшись от ролика, продолжает движе-
201

Рис. 138. Бесцентровый круглошлифоваль-
ный станок ЗМ184
Рис. 139. Кинематическая схема бесцентрового круглошлифовального станка ЗМ184
202

ние до своего упора). По окончании шлифования цилиндр Ц2 отводит
бабку. Винты с рукоятками Р1 и Р2 регулируют ход поршней в обоих
цилиндрах. При шлифовании ”на проход” винт с рукояткой Р1 должен
быть завернут до упора штока в корпус.
Правка кругов производится унифицированными устройствами,
каждое из которых сообщает алмазному карандашу А продольное дви-
жение от двигателя М4 или от рукоятки Р5, поперечное движение — от
рукоятки Р6. МуфтаМ — предохранительная.
При наладке бабка ведущего круга может перемещаться винтом с
Р = 6 мм и поворачиваться в горизонтальной плоскости.
Особенность конструкции станка — гидродинамические опоры обоих
шпинделей.
§62	. ВНУТРИШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Станок ЗК227В предназначен для шлифования отверстий — цилиндри-
ческих и конических, сквозных и глухих, а также внутренних и наружных
торцов в условиях мелко- и среднесерийного производства.
Техническая характеристика
Диаметр шлифуемых отверстий, мм.......................... 20-100
Наибольшая длина шлифования, мм........................ 125
Частота вращения, мин~1:
шлифовального шпинделя.................................9000;	12 000;
18 000; 24 000
шпинделя изделия (регулируется
бесступенчато) ................................... 140-1000
Скорость движения стола при шлифовании, м/мин.......... 1-7
Основные узлы и движения (рис. 140) . Главное движение —
вращение шлифовального круга (с основным шпинделем I или со
шпинделем XII торцешлифовального приспособления 777). Круговое
движение подачи сообщается заготовке, закрепленной в кулачковом
патроне на шпинделе 7/бабки изделия БИ. Между бабкой детали
и станиной СН — мост МС. Шлифовальная бабка ШБ расположена на
столе СЛ и вместе с ним совершает возвратно-поступательное продоль-
ное движение подачи. На станине находится устройство для правки УП.
Кинематическая структура.К приводу главного движе-
ния относится двигатель Ml и плоскоременная передача со сменным ведо-
мым шкивом. Источник движения круговой подачи — двигатель постоян-
ного тока М2. Привод продольной подачи - гидравлический, от цилинд-
ра Ц1. Стол можно перемещать вручную от маховика Р4, если зубчатое
колесо 18 зацепляется с рейкой. При включении гидропривода стола
с помощью цилиндра Ц2 автоматически выводится из зацепления рееч-
ное колесо 18 (перемещается вал VII со всеми деталями на нем) .
Для углубления перемещается в поперечном (радиальном) направ-
лении шлифовальная бабка. Поперечное движение возможно от махови-
ка Р5, от качающейся рукоятки Р6 (через храповой механизм Х2), от
гидроцилиндра (не показано на схеме), воздействующего на храповой
203

Рис. 140. Кинематическая схема внутришлифовального станка ЗК227В
механизм XI. Во всех случаях вращение передается по цепи, соединяю-
щей валы VIII, IX и ходовой винт X. Ходовая гайка закреплена на салаз-
ках шлифовальной бабки. Упор У2, связанный с лимбом Л, через систе-
му рычагой воздействует на конечный выключатель КВ, автоматически
отключая поперечное движение и давая команду на отвод стола в ис-
ходное положение после снятия установленного припуска.
Источником главного движения при шлифовании наружных торцов
является двигатель М3. Углубление при этом производится маховичком
Р9, передающим движение шлифовальной головке через двухзаходный
червяк 2, косозубое колесо 40 и передачу с резьбой Р = 2 мм. Кронштейн,
несущий шпиндель XII, отводится из рабочей зоны и подводится поворо-
том вокруг оси XV с помощью гидроцилиндра ЦЗ. Перед поворотом
плунжер Ц4 выдергивает фиксатор. При наладке продольное перемеще-
ние осуществляется от маховичка Р8 (через зубчатую передачу внутрен-
него зацепления 14/49 и однозаходный червяк 1 с круглой косозубой
рейкой, у которой m = 1,5 мм) .
204

Рис. 141. Способы базирования заготовки при внутреннем шлифовании:
а ~ в патроне; б - на башмаках (бесцентровое шлифование); в - неподвижная
установка (с планетарным движением круга)
При обработке внутреннего торца шлифовальным кругом шпинделя 1
углубления осуществляют микрометрическим винтом с рукояткой РЮ.
Винт поджат к упору У1 на станине, гайка передвигается вместе со столом.
Для правки подводят алмазно-металлический карандаш в рабочее
положение с помощью цилиндра Ц5 и реечной передачи. Движением
стола вращающийся круг медленно (0,1-2 м/мин) перемещается мимо
карандаша Я; снимается слой абразивного материала.
При наладке на шлифование конуса бабку изделия повертывают
относительно моста вокруг вертикальной оси (рукоятка Р1, червячная
передача 1 /30, звездочка 9 смонтированы на бабке, а цепь закреплена
на мосту по дуге). Мост вместе с бабкой может также смещаться в попе-
речном направлении от рукоятки Р2.
Дополнительные сведения. Особенность конструкции
станка — широкое применение соединений с качением: в опорах всех
шпинделей, в направляющих стола, шлифовальной бабки и механизма
тонкого продольного перемещения торцешлифовальной головки, в пере-
даче винт—гайка шлифовальной бабки. Это способствует повышению
точности и долговечности станка. В шпинделе бабки изделия предусмот-
рено отверстие для трубопровода охлаждающей жидкости или штока
специального механизма зажима изделия.
Другие станки. В рассмотренном обычном внутришлифовальном
станке обрабатываемая заготовка базируется в патроне и вращается
вместе с ним. На рис. 141, а\ 5К - круговая подача; 5П — продольная
подача; t — углубление.
В бесцентровых внутришлифовальных станках заготовка также
вращается, но базируется на роликах или на башмаках (рис. 141, б).
Такие станки обеспечивают высокую концентричность обработанного
отверстия с наружной поверхностью; у них облегчена загрузка и выгруз-
ка, что особенно важно при автоматизации. Однако погрешности формы
наружной поверхности сказываются на погрешности формы шлифуе-
мого отверстия.
Планетарные станки шлифуют отверстия в неподвижных заготовках,
например в корпусах. В этих станках вместо вращения заготовки ось
шлифовального круга вращается вокруг оси шлифуемого отверстия
(5К на рис. 141, в). Остальные движения те же, что и у обычных (патрон-
ных) внутришлифовальных станков.
В некоторых моделях патронных станков поперечное движение
совершает не шлифовальная бабка, а бабка изделия.

§63	. ПЛОСКОШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Станок ЗЕ721ВФ1-1 предназначен для шлифования плоских поверх-
ностей периферией круга. Вследствие высокого уровня автоматизации
цикла обработки, в том числе программированного съема припуска,
целесообразно использовать данный станок в средне- или крупносерий-
ном производстве.
Техническая характеристика
Размеры рабочей поверхности стола (длинахширина), мм . . . 630X320
Скорость продольного перемещения стола (регулируется
бесступенчато), м/мин.................................. 2-35
Наибольший диаметр шлифовального круга, мм............ 300
Основные узлы и движения (рис. 142) . Главное движение —
вращение шлифовального круга, ось которого горизонтальна. Заготовку
закрепляют на прямоугольном столе 1, который совершает продольное
возвратно-поступательное движение по крестовому суппорту 2 (направ-
ляющие скольжения). Суппорт вместе со столом может перемещаться
в поперечном направлении по станине 6 (направляющие качения). Третье
поступательное движение — по вертикали — сообщается шлифовальной
Рис. 145. Плоскошлифовальный станок ЗЕ721ВФ1-1 с прямоугольным столом
206	J

головке 9 по направляющим качения колонны 8. Механизмы 4 и 5 служат
приводами поперечного и вертикального перемещения. При шлифовании
горизонтальной плоскости продольное и поперечное движение исполь-
зуют для подачи, вертикальное — для углубления. Справа у станка распо-
ложена гидростанция 7, слева — блок охлаждения 3.
Кинематическая структура (рис. 143). Привод главного
движения состоит из асинхронного двигателя Ml и поликлиновой ремен-
ной передачи 0166/0112. Продольное движение подачи стол получает
от гидроцилиндра. При включении гидропривода колесо 24 на валу II
выходит из зацепления с рейкой. Ручное перемещение стол получает от
маховика Р1 через планетарный механизм 30-28-29-29, обеспечиваю-
щий большую редукцию, и реечную передачу.
Поперечное перемещение крестового суппорта осуществляется ходо-
вым винтом с шагом Р — 5 мм. Источником автоматического движения
Рис. 143. Кинематическая схема плоскошлифовального станка ЗЕ721ВФ1-1
207

является двигатель постоянного тока М2. При этом зубчатая муфта М2
включена. Наибольшая скорость суппорта
лп ап
3000	5-0,001 = 1,5 м/мин.
100	90	100
При переводе кнопки Р2 влево выключается муфта М2 и включается
муфта Mi ручного привода. Для малых точных перемещений поворачи-
вают рукоятку Р4, передавая движение через червячную передачу 1/100
и муфту Mi на вал VII. Быстрое перемещение создается маховиком РЗ,
при этом червяк должен быть выведен из зацепления с червячным коле-
сом поворотом рукоятки Р5 (опоры червяка расположены в эксцентрич-
ной втулке).
Ручной привод вертикального перемещения (Р6, Р7, Р8, Р9) унифи-
цирован с ручным приводом поперечного движения. Муфты М3 и М5
должны быть включены, М4 — выключена. Программируемое автомати-
ческое перемещение включается при реверсировании суппорта (или
стола — при врезном шлифовании) и осуществляется с помощью шагово-
го электродвигателя М3 и зубчатых колес 34, 100, 100. Должны быть
включены муфты М4 и М5 (муфта М3 выключается). Движение с вала XI
передается через муфту М5, карданный вал и червячную передачу 1/30
на гайку с шагом Р— 6 мм. Ускоренное вертикальное перемещение произ-
водится от двигателя переменного тока М4 через клиноременную переда-
чу 0140/0130 и червячную передачу 1/30 при выключенной муфте М5.
Гидропривод (рис. 144) служит для продольного возвратно-посту-
пательного перемещения стола, регулирования и поддержания скорости
этого движения, устранения зазора между гайкой и винтом поперечного
перемещения суппорта, а также фиксации суппорта.
Стол приводится в движение гидроцилиндром 26. Направление движе-
ния зависит от положения распределителя силового потока 14. В положе-
нии А с линией нагнетания 16 соединена правая полость гидроцилиндра
(движение влево), а со сливной магистралью — левая полость.
Распределитель 14 управляется распределителем 21, положение кото-
рого зависит от крана реверса 27. В положении?! крана давление управле-
ния из магистрали 40 передается через трубопроводы 29 и 25 к правому
торцу распределителя 27; трубопровод 24 у левого торца соединен со
сливной магистралью 30. Распределитель 27 оказывается в левом поло-
жении, пропуская масло к правому торцу распределителя 14 по цепи
19-18-17 и от левого торца распределителя 14 по цепи 20—21—30. В ре-
зультате распределитель 14 занимает левое положение (А ).
В крайних положениях стола закрепленные на нем переставные упоры
переключают кран реверса 27. От расположения упоров зависит длина
хода и исходное положение стола. При переключении крана в положе-
ние Б распределитель 27 перемещается вправо, вследствие чего распре-
делитель 14 перемещается также вправо (положение Б). С напорной
магистралью 16 соединяется левая полость гидроцилиндр^ 26, со слив-
ной магистралью 75 — правая полость. В результате происходит реверси-
рование стола: он движется вправо.
Напорная магистраль 16 питается маслом от насоса 7 большой произ-.
208

Рис. 144. Гидравлическая схема станка ЗЕ721ВФ1-1
водительности по цепи 3-4. В положении А распределителя 9 магистрали
15 и 16 соединяются между собой и цепью 9-13-30-7 с баком 6 — стол
останавливается. Чтобы уменьшить расход энергии и нагрев масла, часть
его сбрасывается через переливной клапан 5 по цепи 1-5-30-7-6, Это
происходит вследствие того, что клапан 5 поднимается давлением, возни-
кающим перед обратным клапаном 7 (цепь 7—30—13—9—15—14—23—21—
22—5). Распределитель 9 занимает положение А при произвольном оста-
нове стола, когда кран 48 устанавливают в положение А (электромаг-
нит ЭМ1 включен - распределитель 50 в положении А) . При этом линии
51 и 12 соединены со сливом через трубопроводы 49.
Для пуска стола надо установить кран 48 в положение Б. Тогда давле-
ние управления, развиваемое в линии 40 насосом 2, передается по цепи
32-35-34-48-50-51-9 к левому торцу распределителя 9. Последний
перемещается в положение Б, отсекая напорную магистраль 16 от слива
и соединяя линию 15 с баком через дроссель 8. Этим дросселем регу-
лируют скорость стола, в результате чего изменяется давление в цепи
209

10-9-15-14-23 (или 28) — 22-5. Степень открывания клапана 5 и,
следовательно, давление в линии нагнетания 16 меняется таким образом,
что перепад давления между напорной и сливной линиями сохраняется
(система с постоянным противодавлением). Подпитка меньшим насосом
2 линии нагнетания большего насоса 1 через дроссель 43 обеспечивает
устойчивость движения при малой скорости.
Цикл обработки заканчивается выключением электромагнита ЭМ1 —
распределитель 50 занимает положение Б. При этом масло от крана 48,
сохраняющего положение Б, передается по магистрали 12 к правому
торцу распределителя 9. Происходит переключение распределителей:
9 — в положение В и 18 — в положение Б. Магистраль 15 соединяется с
баком через линию 11. Стол останавливается в крайнем правом положе-
нии на жестком упоре. При подходе к упору поясок поршня перекрывает
слив из камеры в крышке цилиндра, и масло может выходить только
через дроссель а — стол тормозится. Устройство 33 с запорными шарико-
выми клапанами служит для выпуска воздуха из гидроцилиндра 26.
Дополнительная гайка-поршень устраняет зазор в передаче винт-
гайка поперечного перемещения. Для поджима поршня при движении
давление передается через редукционный клапан 44 в положение А кра-
на 46. Для фиксации суппорта кран 46 переключается в положение Б —
масло поступает, минуя клапан 44, под большим давлением. Конечный
выключатель ВК, связанный с рукояткой крана 46, препятствует вклю-
чению электродвигателя поперечной подачи в положение Б крана, когда
суппорт зафиксирован.
Для блокировки масло пропускают в линию 34 только после переме-
щения плунжера 35, связанного с реечным колесом ручного привода.
Дополнительные сведения. Используя Т-образные пазы,
непосредственно на столе закрепляют крупные заготовки. Мелкие заго-
товки, в частности пластины, кладут на магнитную плиту, установлен-
ную на столе. Для питания обмоток электромагнитных плит требуется
постоянный ток, следовательно, нужны преобразователи переменного
тока в постоянный. Во включенном состоянии эти плиты нагреваются,
что приводит к температурному деформированию. У плиты с постоян-
ными магнитами нет указанных недостатков, но сила их притяжения
слабее.
Шлифовальный круг правят алмазным карандашом, причем приспо-
собление устанавливают на столе или магнитной плите и суппорту сооб-
щают поперечное перемещение.
Другие станки. Помимо станков с прямоугольным столом, есть
плоскошлифовальные станки с круглым столом (рис. 145). И те и дру-
гие разделяются на станки с горизонтальным и вертикальным шпинде-
лем, шлифующие соответственно периферией или торцом круга.
Более точны станки, работающие периферией круга (рис. 145, а),
так как при этом значительно меньше дуга контакта с обрабатываемой
заготовкой, следовательно, меньше силы резания и нагрев^ Профилиро-
вание образующей круга позволяет путем обработки периферией круга
получать фасонные детали. Периферией круга ведут обычно многопроход-
ное шлифование: с относительно большой скоростью подачи (до 30 м/мин)
и небольшой глубиной резания.
210

Рис. 145. Схемы плоского шлифования
на станках с круглым столом
Станки, работающие торцом
круга (рис. 145, б), более про-
изводительны, так как отличают-
ся большой площадью поверхнос-
ти соприкосновения круга с за-
готовкой. На двусторонних тор-
цешлифовальных станках одновре-
менно обрабатываются оба тор-
ца, например у колец.
Станки с круглым столом удобны для автоматизации, на них можно
проводить загрузку во время обработки, устанавливая заготовки на
сектор стола, не закрытый шлифовальным кругом. Этому способствует
небольшая скорость подачи при работе торцом: Применяется способ
шлифования, при котором снимается сразу весь припуск, а стол вращает-
ся со скоростью 3...5 м/мин.
У станков со значительной длиной стола нецелесообразно располагать
его на суппорте. Стол перемещается продольно по станине, а поперечное
движение сообщается шлифовальной бабке.
Более точные станки отличаются конструкцией основных узлов.
Так, в. станках класса А применены гидродинамические опоры шпинделя,
направляющие стола — качения или гидростатические.
Вопросы для самопроверки
1.	Перечислить движения при врезном шлифовании.
2.	Для чего правят шлифовальные круги?
3.	Назвать способы базирования заготовок на шлифовальных станках каждо-
го типа.
ГЛАВА 16.
ЗУБО- И РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
§64	. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКАХ
Зубообрабатывающие станки предназначены для нарезания и отделки
зубьев колес различных передач.
Методы нарезания зубчатых колес. При методе копирования исполь-
зуется инструмент, режущая кромка которого совпадает по форме с про-
филем впадины нарезаемого зубчатого венца. Модульная фреза 1 (диско-
вая на рис. 146, а или пальцевая на рис. 146, б) перемещается вдоль впади-
ны цилиндрического колеса 2, в каждый момент времени как бы оставляя
отпечаток своей формы. После обработки одной впадины заготовку
поворачивают на окружной шаг (движение деления) и обрабатывают
следующую впадину.
211

Рис. 146. Схемы нарезания зубчатых
колес методом копирования фрезой:
а - дисковой; б - пальцевой
Недостатки метода следующие. Профиль зуба зависит от модуля и
числа зубьев колеса. Для точной обработки каждого колеса нужна своя
фреза. Поэтому необходим большой набор сложных фрез. Практически
ограничиваются набором из восьми (или 15) фрез для каждого модуля.
При этом одной фрезой нарезают колеса с различным числом зубьев
(в некотором интервале). Наименьшее из колес интервала получается
с правидьным профилем, другие — неточно.
Достоинство метода копирования — простота оборудования, (можно
использовать горизонтально- или вертикально-фрезерный станок с дели-
тельной головкой) . Но деление вручную малопроизводительно.
Метод копирования с фрезами применяют в единичном производстве,
например в ремонтных цехех. Специальные зубодолбежные станки с рез-
цовой головкой обеспечивают очень высокую производительность; их
применяют в массовом производстве.
Наиболее распространен метод обката. Инструмент и заготовка обка-
тываются подобно звеньям зубчатой передачи.
В зубодолбежном станке долбяк 1 (рис. 147, а} и заготовка 2 вос-
Рис. 147. Схемы нарезания зубчатых колес методом обката:
а - долбяком; б - гребенкой; в - червячной фрезой;
г - профилирование зубчатого венца зубом червячной
фрезы
212

производят зацепление цилиндрических колес. Если бы заготовка была
достаточно пластичной, в ней можно было бы выдавить впадины, прокатив
по окружности твердое колесо (инструмент). В станке движение обката
(согласованное вращение долбяка и заготовки) является сложным формо-
образующим движением. Оно служит для создания формы зуба в попе-
речном сечении — эвольвенты. Чтобы вырезать материал из впадин обра-
батываемого колеса, на торце долбяка по всему контуру создают режу-
щие кромки, долбяку сообщают возвратно-поступательное движение,
которое является также формообразующим движением и служит для
получения формы зуба по длине.
Долбяком можно нарезать зубчатую рейку. Для этого движение,
образующее профиль зуба, должно состоять из вращения долбяка и
согласованного с ним прямолинейного перемещения рейки. Можно режу-
щей рейкой (гребенкой) нарезать цилиндрическое колесо (рис. 147, б).
В зубофрезерном станке инструмент и заготовка образуют пару,
подобную червячной передаче. Если провести секущую плоскость через
ось червяка перпендикулярно оси червячного колеса, то в сечении червя-
ка получается профиль зубчатой рейки. При вращении червяка эта рейка
сдвигается вдоль его оси, обкатываясь с зубьями колеса. Такой же обкат
имеет место в зубофрезерном станке, где червячная фреза 1 (рис. 147, в)
вращается согласованно с заготовкой 2 (сложное формообразующее
движение).
Профилирование одной впадины зубчатого венца показано на
рис. 147, г.
При обработке червячного колеса достаточно углубиться фрезой на
полную высоту зуба, чтобы получилась его форма по длине. При нареза-
нии цилиндрического колеса необходимо еще формообразующее движе-
нии вдоль зуба. Если зуб прямой, то движение простое. У косозубого
колеса зуб винтовой, поэтому для его образования требуется сложное
движение, состоящее из перемещения червячной фрезы вдоль оси колеса
и доворота самого колеса.
При нарезании конического колеса заготовка обкатывается с вообра-
жаемым плоским производящим колесом (подробнее — в § 67). Метод
обката отличается высокой производительностью и точностью. Важное
преимущество метода — универсальность инструмента: при одном моду-
ле одним инструментом можно теоретически точно нарезать колеса с
разным числом зубьев.
Классификация станков. По виду обработки и инструмента разли-
чают следующие зубообрабатывающие станки: зубодолбежные, зубо-
фрезерные, зубострогальные, зубопротяжные, зубошлифовальные и др.
По назначению станки бывают: для обработки цилиндрических колес с
прямыми и косыми зубьями, червячных колес, шевронных колес, зубча-
тых реек, конических прямозубых колес, конических колес с криволи-
нейными зубьями. По степени шероховатости обработанной поверхности
выделяют станки: для предварительного нарезания зубьев, для чистовой
обработки, для отделочной обработки боковых поверхностей зубьев.
213

§65	. ЗУБОДОЛБЕЖНЫЕ СТАНКИ
Станок 5122 предназначен для нарезания цилиндрических колес
наружного или внутреннего зацепления. Он позволяет нарезать зубчатый
венец, имеющий с одной стороны ограниченный выход из впадин, напри-
мер, в блоке колес.,
Техническая характеристика
Наибольший диаметр обрабатываемого колеса, мм........... 200
Наибольший модуль нарезаемого колеса, мм................ 5
Наибольшая ширина нарезаемого венца, мм................. 50
Частота движения долбяка, дв.ход/мин.................... 200-850
Основные узлы и движения. Станок имеет вертикальную
компоновку (ось детали вертикальна). Несущими узлами являются
станина СН (рис. 148) и стойка СК на ней. На стойке закреплен суппорт
СП, содержащий шпиндель с долбяком Д. Долбяк совершает вертикаль-
ное возвратно-поступательное движение (главное движение — вниз, вдоль
нарезаемого зуба). Одновременно заготовка на столе СП и долбяк согла-
214

Рис. 149. Кривошипно-кулисный механизм
сованно вращаются, осуществляя сложное движение обката. В стойке
расположена коробка подач КП. Начало цикла обработки сопровождается
непрерывным радиальным врезанием (углублением): стол с заготовкой
перемещается по направляющим станины в сторону долбяка.
Кинематическая структура (рис. 148) . Привод главного
движения включает в себя двухскоростной двигатель М1, клиноременную
передачу со ступенчатыми шкивами (ведущий шкив - сменный) и криво-
шипный механизм КМ на конце вала /. Скорость (восемь ступеней)
меняют с помощью шкивов и переключением электродвигателя. Мини-
мальная частота
АА
=940--—- = 200дв.ход/мин.	6/0
т1П 420	t/sw
Ход зависит от смещения оси кривошипного пальца относитель-
но оси вала 1 винтом с рукояткой Р2. Место хода устанавливают сдвигая
при наладке ползун П по каретке АР.
В кривошипно-кулисном механизме (рис. 149) палец 7 жестко свя-
зан с ползушкой 2, которая соединена с фланцем вала 1 направляющими
в форме ласточкина хвоста. Посредством винта 6 ползушка с пальцем
перемещается в радиальном направлении. На палец надет подшипник,
а на него — камень 3 кулисы, который при вращении вала/ передвигается
по горизонтальному пазу каретки 4 и одновременно перемещает саму
каретку по вертикальным направляющим стойки. Зазоры во всех направ-
ляющих выбираются клиньями (5 — у ползушки, 8 - в пазу кулисы).
Связь вращений долбяка и заготовки достигается с помощью цепи
215

согласования, называемой цепью обката - деления (она обеспечи-
вает также нарезание на заготовке заданного числа зубьев). Эту цепь
(см. рис. 148) составляют червячное колесо 90 и червяк 1 в суппорте,
колеса 65, 39, 39, передача 50/50 между валами VIII и VII, две передачи
21/21, гитара обката а/b и c/d, передачи 32/40 и 1/120. Расчетные переме-
щения для этой цепи
-----об. долбяка 	об. заготовки,
2Д '	z
где гд и z — числа зубьев соответственно долбяка и нарезаемого колеса,
т. е. повороту долбяка на один зуб соответствует поворот нарезаемого
колеса также на один зуб. Уравнение цепи
1	90	65 39	50 21	21	_а__с_ 32	1	= _1_
2Д	1	39 39	50 21	21	b	d 40	120 z
Формула настройки гитары обката—деления
.t	а с
I = ---- --- —	—
z	Ъ d	z
Должны соблюдаться следующие условия сцепляемости: а + Ъ = 120; с < 96.
Для обработки колес внутреннего зацепления вводят паразитное колесо р, причем
р + d > 121. Числа зубьев сменных колес в комплекте: 24(2), 28, 30, 32, 34, 36, 38,
40, 43, 44, 45, 47, 48(2), 50, 52, 54, 56, 57, 58, 59, 60(3), 61, 62, 64, 65, 66, 68, 69,
70, 72 (2), 74, 75 (2), 76, 77, 78, 80 (2), 81, 82, 84, 85, 86, 87, 88,90, 92, 96,.98.
Скорость движения обката задают через круговую подачу S долбя-
ка, а именно длиной дуги (мм), на которую поворачивается долбяк
за один двойной ход. Поэтому цепь круговой подачи связывает вращение
долбяка с вращением вала I, который совершает оборот за каждый двой-
ной ход долбяка.
При черновой обработке муфта включена, муфта Mi выключена,
с вала V на вал VI движение передается через передачу 50/50, минуя
вторую пару сменных колес g и h. При чистовой обработке муфты
нМ2 переключаются, используются обе пары сменных колес.
Передвижение колеса 50 по валу VI приводит к реверсированию
движения обката: валы VIII и VII и, следовательно, шпиндели XI и XX
меняют направления вращения (в передаче 50/50 между валами VII и
VIII колесо вала VII в положении, показанном на схеме, является веду-
щим, а после переключения колеса на валу VI — ведомым) . Цепь обката
и деления реверсируется для более равномерного изнашивания противо-
положных профилей зубьев в передачах (особенно делительных червяч-
ных пар) и у долбяка.
Уравнение цепи круговой подачи при чистовой обработке
80 70 30 f h 50 50 39 65 90 д ,'' ^2С>
I
где m — модуль долбяка, равный модулю нарезаемого колеса, .у 2
Отсюда формула настройки гитары подач	’ S'
216

'$ = 4- -f- * 140	
f h	mz^
В комплекте сменных колес гитары подач следующие числа зубьев: 26, 31, 36,
39, 41, 44, 47, 53, 56, 59, 61,64, 69, 74.
По условиям сцепляемости должно быть e+f=g+h= 100.
Привод врезания обеспечивает постепенное радиальное углубление
долбяка в заготовку на высоту нарезаемого зуба. Источником движения
служит гидроцилиндр ЦЗ. При движении клиновой ползушки, связанной
со штоком, вниз (по схеме) штанга XXIII (оканчивающаяся роликом
и поджимаемая к клину цилиндром Ц2 через корпус, винт XXII и упорную
гайку У1) перемещается влево — заготовка сближается с долбяком.
При соприкосновении буртика на штанге с упором У2 углубление прекра-
щается, клин, продолжая двигаться, отходит от ролика. Происходит
нарезание полной высоты профиля зубьев. По окончании цикла цилиндрЦ2
отводит стол от долбяка, причем винт XXII с гайкой отходят от штанги.
Возврат клина и штанги цилиндром ЦЗ восстанавливает исходное положе-
ние механизмов. Скорость врезания регулируют дросселем.
Гайка У1 выполняет роль регулируемого упора при настройке ру-
кояткой (Р4) межцентрового расстояния между долбяком и заготовкой.
Диск управления ДУ служит для настройки многопроходного цикла.
Часть кинематической структуры служит для осуществления вспомо-
гательных движений. Чтобы долбяк при подъеме не терся об обработан-
ную поверхность, он отводится от заготовки пружиной ПР2, а затем
подводится системой шарнирно-соединенных стержней, на которые кула-
чок К (на валу I) нажимает через рычаг. Отводи подвод осуществляются
поворотом суппорта (вместе с червячной передачей) вокруг оси О3
(р2 — точка присоединения последнего стержня к корпусу суппорта,
Ох — ось поворота рычага).
Цилиндр Ц1 через реечную передачу (колесо 20 на валу III) и храпо- ’
вой механизм X медленно поворачивает вал/для выводадолбяка в край-
нее верхнее положение после обработки внутреннего зубчатого венца.
Пружина ПР1 удерживает шпиндель в верхнем положении после выклю-
чения гидропривода и выбирает зазоры в приводе главного движения.
На конце вала /// установлен тормоз Т.
При наладке вал / кривошипного механизма проворачивают с по-
мощью хвостовика РЗ на конце валаХ/Кчерез зубчатые колеса50-50-150.
Предварительно вал XIV перемещают влево рейкой m = 2 мм.
Двигатель М2 служит для ускоренного вращения заготовки при
выверке ее биения. Двигатель М3 через планетарный редуктор и цепную
передачу 14/28 вращает шнек Ш конвейера для уборки стружки. Водило
редуктора выполнено в виде эксцентрикового вала.
Другие станки различаются распределением вспомогательных функ-
ций между столом и суппортом, а также принципом действия некото-
рых узлов. Движение отвода долбяка от заготовки перед его подъемом
связано с преодолением значительных инерционных нагрузок. В тяжелых
станках отводится долбяк, поскольку у него масса меньше, чем у круп-
ных нарезаемых колес; столу сообщается медленное движение вреза-
217

Рис. 150. Устройство для нарезания косых
зубьев
ния. В средних станках отводится
стол, а суппорт совершает движение,
при котором происходит врезание.
Во многих станках в механизме
врезания используется не клиновая
ползушка, а дисковый кулачок,
иногда передача винт—гайка. В при-
воде главного движения с пальцем
кривошипа чаще связан шатун, а пос-
ледней передачей иногда является пара
зубчатый сектор—рейка.
Ряд станков снабжен устройством для нарезания косых зубьев. При
этом зубья колеса и долбяка имеют одинаковый наклон, но разные нап-
равления. Движение, Образующее форму зуба по длине, должно быть
сложным — с винтовой траекторией. Для дополнительного доворота
долбяка при его опускании служат винтовые направляющие (рис. 150).
Неподвижный (неопускающийся) копир НК связан с червячным колесом.
Подвижный копир ПК закреплен на шпинделе и совершает возвратно-
поступательное движение, скользя при этом по неподвижному копиру.
Копиры—сменные. При наладке на обработку прямозубого колеса уста-
навливают прямые копиры, которые передают только крутящий момент
с червячного колеса на шпиндель, т. е. выполняют роль шлицев.
Пример. Настроить станок 5122 на нарезание цилиндрического прямозубого
колеса с z = 49; m = 3 мм; В = 32 мм (длина нарезаемого зуба) пригд = 34; у* = 7 мм
(суммарный перебег долбяка вверх и вниз); v = 25 м/мин (скорость главного дви-
жения резания);	= 0,4 мм/дв.ход (черновая подача); S2 - 0,25 мм/дв.ход (дви-
жение чистовой подачи).
Решение. Настройка на скорость главного движения резания производится
следующим образом. Определим длину хода долбяка: L — В + у = 32 + 7 = 39 мм.
Вычислим частоту движения долбяка:
1000г	1000*25
п __ ------— -------------- 320 дв.ход/мин.
2	2*39
Ближайшая частота на станке получится при частоте вращения двигателя
-1	90
1440 мин и шкивах ф90/ф420, т. е. 1440	= 305 мин \ Настройка гитары
обката-деления:
а с	34	80 34
b d z 49	40 98	f
Настройка гитары круговой подачи при черновых проходах:
. , е _	5.	0,4	36
/с = — = 140 ------— = 140 ------= 0,55 « ---.
f	тгД	3*34	64
218

При чистовых рабочих ходах
S2
f
— = 140
е
i S = ~- = 140
h
0,25 64	39
------------= 0,61 « —.
3*34 36-----61
§66	. ЗУБОФРЕЗЕРНЫЙ ПОЛУАВТОМАТ 53А50
Станок 53А50 предназначен для нарезания червячными фрезами
цилиндрических и червячных колес в условиях единичного или серий-
ного производства.
Техническая характеристика
Наибольший диаметр обрабатываемых колес,	мм................ 500
Наибольший модуль обрабатываемых колес, мм.................. 8
Частота вращения фрезы, мин"1............................ 40-405
Подача, мм/об:
продольная............................................. 0,75-7,5
радиальная.......................................... 0,2-2,25
тангенциальная...................................... 0,13—2,6
Основные узлы и движения. Станок имеет вертикальную компонов-
ку: оправка с заготовкой закрепляются вертикально в столе СЛ (рис. 151)
и могут удерживаться сверху контрподцержкой КП. Шпиндель VIII чер-
вячной фрезы расположен на суппорте СП и вращается согласованно с
заготовкой. Протяжная часть суппорта (ползушка) может перемещаться
вдоль оси фрезы, сообщая движение осевой подачи (это движение назы-
вают также тангенциальным, т. е. касательным к окружности заготовки) .
Суппорт соединен с кареткой и вместе с ней движется по направляющим
стойки СК (движение продольной подачи - вдоль нарезаемого зуба).
Стойка прикреплена к станине СИ. На горизонтальных направляющих
станины базируются салазки стола, которым сообщается движение ра-
диальной подачи. В станине расположена коробка скоростей, а в стойке —
коробка подач.
Кинематическая структура (рис. 151). Цепь главного движения
соединяет трехскоростной электродвигатель Ml со шпинделем VIII фрезы.
Переключением обмоток электродвигателя и настройкой гитары скоростей
а/b получают 11 ступеней частрты вращения фрезы. Расчетные перемеще-
ния для цепи главного движения:
иэ мин”1 электродвигателя -> мин’1 фрезы,
где иэ и Иф — частоты вращения соответственно двигателя и фрезы.
Уравнение кинематического баланса той же цепи
31	56	а	29	29	29	20
”э 56	62	Ь	29	29	29	80
Формула настройки гитары скоростей
219

220
Рис. 151. Кинематическая схема зубофрезерного станка 53А50

Для гитары скоростей предусмотрены сменные колеса с числом зубьев z — 23;
27; 31; 36; 41; 46; 51; 56; 60; 64. Условие сцепляемости: а + b ~ 87.	1
Цепь обката-деления согласовывает движения червячной фрезы и
заготовки, связывая валы VIII, VII, VI, V, XIV,..., XXII. Конические зубча-
тые колеса на левом конце вала XIVи на правом конце валаХК являются
центральными колесами дифференциала. Сменные колеса с, d, е, f состав-
ляют гитару деления. Зубчатые колесами h расширяют диапазон настройки.
За один оборот однозаходной червячной фрезы заготовка должна
повернуться на один зуб, т. е. на 1/z оборота, где z — число зубьев нарезае-
мого колеса Если у фрезы zf заходов, то за один ее оборот заготовка
должна повернуться на z* зубьев, т. е. на z' /z оборота. Отсюда следуют
расчетные перемещения для настройки цепи обката—деления:
1 об. червячной фрезы -> z' /z об. заготовки.
Соответствующее уравнение кинематического баланса:
80 , 29	29	27	58	_g___с__е	33	35	1	z'
20 29	29	27	*ДИФ 58	h	J	/	33	35	96	z
Учитывая, что в данном случае передаточная величина дифференциала
/дИф = 1’ получим формулу настройки гитары деления:
.г се	h z'
1° = ~Т ~Г = 24---------•
d f	g z
Если z < 161, Tog = h = 54; если z > 161, то g ~ 36, h = 72.
Для настройки гитар деления и дифференциала (см. ниже) служит общий ком-
плект сменных колес со следующими числами зубьев; 23, 24, 25 (2 шт.), 30, 33,
34, 35, 37,40 (2 шт.), 41, 43, 45, 47,48, 50,53,55,58,59,60,61,62,65,67,70 (2шт.),
71, 73, 75, 79, 80, 83, 85, 89, 90, 92, 95, 98, 100. Примерные условия сцепляемости
95	< 150; 95	+	150.
Цепь продольной подачи служит для перемещения суппорта вдоль оси
нарезаемого колеса. Движение передается с вала XIX червячной переда-
чей 2/26, затем через коробку подач на вал XXXI, далее при включенных
муфтах МП и через колеса 50-45-45, червячную передачу 1/24 на
вертикальный ходовой винт с Р = 10 мм. Ходовая гайка связана с карет-
кой суппорта.
Три пары обратимых (которые можно менять местами) сменных
колес и четыре передачи, переключаемые электромагнитными муфтами
М1...М4, позволяют получить 16 ступеней подач (еще восемь значений
оказываются совпадающими или близкими). Переключение муфт М$
иМв реверсирует движение подачи.
Подача задается в миллиметрах на один оборот заготовки. Поэтому
расчетные перемещения для настройки продольной подачи связывают
стол и суппорт:
1 об. стола-* 5П мм перемещения суппорта.
Сменные колеса гитары подач имеют следующие числа зубьев: 32, 36, 46,50,
60, 64. Условие сцепляемости гитары I + m — 96.
Минимальная продольная подача получается при включении муфт W
М4 и установке колес I = 32, m = 64:

96 35 33 2 32 35 50 45 50 45	1 л
^nmin ~ 1-------------------------------------10 = 0,75 мм/об.
nmm 1	35 33 26 64 65 50 55 45 45 24
Если обозначить передаточное отношение коробки подач (между
валами XXVII и XXX) через то 5П = 2,8z^n. Суппорт двигается
ускоренно от электродвигателя М2, при этом скорость
16 50 45 1
Sttvck = ИЗО-------------10= 530 мм/мин.
пуск	20 45 45 24
Дополнительный поворот заготовки, необходимый для получения
винтовой формы зуба по длине, суммируется с вращением, необходи-
мым для создания эвольвенты, при помощи дифференциала. Цепь диффе-
ренциала является цепью согласования движений, она связывает ходовой
вийт продольной подачи со столом, т. е. соединяет валы XXXII...XXXVII,
XV...XXII. Вал XXXVII связан с валом XV через червяк 1, червячное
колесо 45, водило, сателлиты и левое центральное колесо дифференциала.
Для получения винтовой линии необходимы следующие перемещения:
1 об. заготовки (стола) -> pz мм перемещения суппорта,
где pz — ход зуба (шаг винтовой линии зуба). Соответствующее уравне-
ние кинематического баланса
96	35	33 f	d	h 45	27 Г	О	22	1	_
1 1	35	33 е	с	g	/диф 1	27 р	п	33	24 10-р^в
При развертывании делительного цилиндра косозубого колеса на
плоскость (рис. 152) винтовая линия	продолженная за пределы
зуба, занимает положение ab. Из babe pz = ndctgfi или pz = irmtzctg{3 =
Я mflz
= ------------ Подставив в уравнение кинематического баланса это
sin (3
с е g ~ Л	z
выражение, а также — — — = 24 — и *диф~ 1/2 (в коническом
дифференциале водило вращается вдвое медленнее центрального колеса)
и проведя преобразования, получим формулу настройки гитары диффе-
ренциала при обработке косозубого колеса
р — 2\95775jrin£_
or	mnz'
Гитару дифференциала настраивают сменными колесами из того же
комплекта, что и гитару обката.
Для образования зубьев червячного колеса необходимо углубиться
инструментом в заготовку так, чтобы червячная фреза заняла относи-
тельное положение червяка изготовляемой червячной передачи. Врезание
возможно в радиальном (рис. 153, а) или в осевом — вдоль оси фрезы
(рис. 153, б) направлении. При радиальном врезании оси заготовки и
инструмента постепенно сближаются до тех пор, пока червячная фреза
не углубится на полную высоту профиля. При осевом врезании сразу
устанавливается окончательное межцентровое расстояние. При любом
способе одновременно совершается движение обката—деления.
222

Рис. 152. Развертка винтовой Рис. 153. Схемы нарезания червячных колес:
линии зуба	а - с радиальным врезанием; б - с осевым вре-
занием
При обработке червячного колеса с радиальным врезанием работает
цепь радиального движения стола. При вращении ходовой гайки невра-
щающийся винт с Р = 10 мм (вал XXVI — см. рис. 151) передвигается
вместе со столом. Гайка расположена внутри червячного колеса 36 и
получает вращение от вала XXXI при включенной муфте М9 через пере-
дачи 45/50, 34/61 и 1/36. При этом муфта М10 сцеплена под действием
пружины, обеспечивая работу до жесткого упора. Тормозная муфта Т
тормозит стол. Расчетные перемещения для этой цепи
1 об. стола 5р мм перемещения салазок.
Скорость радиального врезания настраивается коробкой подач. Наи-
большая скорость получается при включении муфт М2, М3 и сменных
колесах / = 64, m = 32:
96 35 33	2	64 52 55 45 45 34	1
5П тях = 1--------------------------------------Ю 2,25 мм/об.
ртах !	35 33 26 32 48 45 55 50 61	36
При обработке червячного колеса с осевым врезанием работает
цепь осевого движения червячной фрезы. Винт с Р = 8 мм (вал XI) полу-
чает вращение от вала XXXIII через коническую передачу 33/22, блок
изменения скорости 36-48, блок реверсирующего устройства 28-32,
колеса 70 и 40, передачи 2/36, 68/40, 4/25. Исходя из расчетных пере-
мещений
1 об. стола -* 50 мм перемещения ползушки,
получаем следующее уравнение кинематического баланса:
. 96 35 33	2	.	45	50 45 33	28 40 40 70	2	68	4
1	X	8— 8л,
1	35 33 26	55	45 45 22 ° 40 35 70 40 36	40	25
т. е. скорость осевого врезания 50 = 0,97г’кп z6> где z6 ~ 24/48 или 36/36.
Осевое сечение червячной фрезы представляет собой зубчатую рейку.
Так же, как и при обкате, червячная фреза и заготовка движутся подобно
звеньям червячной передачи; при осевом врезании они подобны реечной
передаче. Поэтому осевое движение фрезы должно сопровождаться допол-
нительным поворотом заготовки.
Расчетные перемещения при этом:
1 об. стола (заготовки) -> imiz мм осевого перемещения фрезы,
где m - осевой модуль червячной фрезы, мм.
Сложение движений заготовки в процессе обката и осевого врезания
.223

осуществляет дифференциал. Уравнение кинематического баланса цепи
дифференциала при осевом врезании имеет вид
96	35	33	/	J__h_.,	45	27	Г	О	22	33
1 1	35	33	е	С	g	ДИФ 1	27	р	П	33	22 6
28	40	40	70	2	68	4	л
X-------------------------8 = irmz,
40	35	70	40	36	40	25
При ------у----- = 24 -у- , /'диф = 1/2 получается формула настрой-
ки гитары дифференциала в случае осевого врезания:
., = 2L _L_ = 2>77056	•'
/до or	mzf
В единичном производстве червячное колесо можно нарезать лету-
чим резцом, который подобен зубу червячной фрезы, закрепленному
в оправке. При этом также используется способ осевого врезания. Неза-
висимые периодические осевые перемещения червячной фрезы произво-
дят при изготовлении цилиндрических колес, чтобы ввести в зону реза-
ния незатупившийся участок инструмента.
Бездифференциальная настройка при обработке косозубых колес
предусматривает измененные расчетные перемещения для цепи обката:
z z S
1 об. заготовки ( — ± — у1- ) об. червячной фрезы. Следова-
тельно, заменяют суммирование движений в дифференциале математи-
ческим суммированием. При одноименных направлениях винтовых
линий зуба колеса и витков червячной фрезы берется знак
Бездифференциальная структура проще за счет меньшего количества
цепей и гитар, отличается большей жесткостью цепи обката. Однако
цепь обката надо настраивать заново при изменении подачи 5П, напри-
мер при переходе от черновой к чистовой обработке. К тому же переда-
точная величина гитары обката—деления получается дробной, что затруд-
няет точную настройку этой важнейшей цепи.
Установка угла наклона шпинделя фрезы. Ось фрезы должна быть
наклонена так, чтобы направление витков червячной нарезки совпадало
с направлением зубьев обрабатываемого колеса. Угол <р (рис. 154) между
осью шпинделя и горизонталью устанавливается поворотом суппорта,
причем = /3 ± со , где (3 — угол наклона зубьев нарезаемого колеса;
со — угол подъема винтовой линии витков фрезы; знак ”+” соответст-
вует разноименным направлениям винтовых линий на колесе и на фрезе
(рис. 154, а), знак ” — одноименным направлениям (рис. 154, б).
В последнем случае точность обработки повышается.
В частном случае, у прямозубых колес (3 =0, следовательно, = а
(рис. 154, в) . При нарезании червячных колес шпиндель фрезы устанавли-
вают горизонтально: = 0.	<
Пример. Настроить станок 53А50 на нарезание зубчатого колеса с z = 78, тп =s
= 4 мм, $ = 25°,с правым наклоном зубьев. Инструмент - правозаходная червяч-
ная фреза с наружным диаметром D р =100 мм, числом заходов z = 1, углом подъе-
224

Рис. 154. Установка шпинделя фрезы относительно цилиндрических нарезаемых
колес
ма витков а — 2° 36'. Скорость главного движения резания v = 32 м/мян, подача
Sn = 1,9 мм/об.
Решение. Настройка гитары скорости главного движения резания. Частота
вращения фрезы
lOOOv
пл. = ------
ф яД,
1000’ 32
-----------102 мин
3,14’100
Выберем пэ = 985 мин"1; тогда iv = 8Пф/пэ = 8 *102/985 = 0,83. Наибольшее приб-
лижение получается при а/b — 41/46 = 0,98.
Настройка гитары об ката-деления. Так как z = 80 < 161, то h = g = 54 и
,	C	е	z'	1	4	4’5’2	1	40	45
i0' =  -----24 -----= 24 ---= -----=--------------=----------.
0	d	f	Z	78	13	13’5	2	65	90
Настройка гитары дифференциала
,	7,95 775 sin/3	7,95775*0,422618
.	-------------- - —’--------!---------- = Л R40777
Из таблиц [36] выберем ближайшую передаточную величину:
25 98
0,8407687 = —-------
45 62
Условия сцепляемости не соблюдаются при таких сменных колесах, в том числе
при возможных их перестановках. Сократим общие множители и проведем другие
преобразования:
,	п	р	25	1	5	20	60	40
io =-------=--------------=--------=-----------« 0,840769.
р	о	Z	1	31	4	31	48	62
Условия сцепляемости выдержаны. Абсолютная погрешность настройки Az' =
= 0,840772 - 0,840769 = 0,000003. Относительная погрешность настройки
0,000003 :0,840772 = 0,0000036.
Допустимость такой погрешности зависит от допустимого отклонения угла /3. Для
большинства случаев приемлемо Az' < 0,000010.
Настройка гитары подач. Передаточная величина коробки подач должна быть
zKn = 5п/2,8 = 1,9/2,8 = 0,68. Подобную редукцию можно получить включением
передачи 35/65 (муфты ), либо с помощью сменных колес / = 32, ш = 64. Остано-
вимся на последнем варианте. Тогда остается найти /Д — передаточную величину
между валами XXIX и XXX (в зависимости от включения муфтМ3 и М4) :
8 Маеров
225

. ,	32 52 ,	.	64 48
zKn = 0,68 =---------zM; zM = 0,68 -------= 1,26.
64 48	32 52
Следует включить передачу 55/45 — 1,22. Окончательно при включенных муф-
тах М2 и М3 получим продольную подачу
о	32 52 55
5П= 2,8-------------= 1,85 мм/об.
64 48 45
Установка угла наклона фрезы. С учетом одноименных направлений винтовых
линий зубьев нарезаемого колеса и витков фрезы = (3 - со = 25° -2° 36' = 22° 24'.
Конструкция узлов. На рис. 155 показана основная часть суппорта.
Опорой шпинделя 2 является бронзовый подшипник скольжения 3,
опорная поверхность шпинделя коническая, что позволяет регулировать
радиальный зазор. В осевом направлении шпиндель удерживается упор-
ными шарикоподшипниками 5. Пара косозубых колес 7 и 6 передает
вращение шлицевому хвостовику шпинделя. На валу колеса 7 установлен
маховик 8, инерция которого сглаживает неравномерность вращения
А 'А
Рис. 155. Суппорт зубофрезерного станка 53А50
226

Рис. 156. Дифференциал зубофрезерного станка
фрезы. При вращении ходового винта 10 гайка 9 передвигает ползушку 1
со шпинделем 2 в осевом направлении. Шомпол 4 втягивает (или вытал-
кивает) конический хвостовик оправки с фрезой в конус шпинделя.
Противоположный конец оправки базируется в поддерживающей опоре
(на рисунке не показана).
Дифференциал (рис. 156) суммирует вращения, которые сообщают
заготовке. Правый вал 1 связан цепью передач со шпинделем фрезы и
сделан заодно целое с центральным колесом 2; червяк 3 получает движе-
ние по цепи дифференциала и передает его червячному колесу 6, водилу 7,
сателлиту 8. На левом валу 4 закреплено другое центральное колесо 5;
этот вал является одновременно ведущим валом гитары обката-деления,
с него суммарное движение передается на стол. Одна половина венца
колеса 6 является червячной, вторая - косозубая (из условий соби-
раемости) .
§67. ЗУБОСТРОГАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Зубострогальные станки предназначены для нарезания прямых зубьев
конических колес.
Принцип образования формы зуба. Прямолинейные образующие
зуба колеса 1 (рис. 157) получаются благодаря главному движению —
возвратно-поступательному перемещению пары резцов 2. Форма зуба
в поперечном сечении образуется на одних станках по методу копирова-
ния формы шаблонов, на других — по методу обката.
При методе обката можно мысленно представить, что заготовка 1
(рис. 158) взаимодействует с плоским производящим колесом 2. У этого
227
8*

Рис. 157. Рабочая зона зубострогального
станка
Рис. 158. Схема обката заготовки кони-
ческого колеса с плоским производя-
щим колесом
/	2
теоретического колеса угол начального конуса равен 90°. Оно является
предельной разновидностью конического колеса, подобно тому, как
форма рейки является предельной для формы цилиндрического зубча-
того колеса при радиусе R 00 . Плоское колесо — это кольцевая рейка.
При вращении заготовка может перекатываться по неподвижному
плоскому колесу; тогда ее ось должна вращаться в пространстве вокруг
оси плоского колеса. При анализе конструкции станка удобнее представ-
лять, что при вращении заготовки согласованно с ней поворачивается
плоское колесо, а оси неподвижны.
На станке плоского колеса нет, но есть узел — люлька, ось поворота
которой является осью плоского колеса. На люльке расположены суп-
порты с резцами. Прямолинейные режущие кромки разцов являются
линиями профиля зуба плоского колеса. При поступательном движении
кромкиJ описывают в пространстве плоскости — боковые поверхности
зубьев плоского колеса. Вращение заготовки и поворот люльки состав-
ляют сложное формообразующее движение обката.
Зубострогальный полуавтомат 5236П работает по методу обката.
Техническая характеристика
Наибольший диаметр нарезаемого колеса, мм.............. 125
Модуль обрабатываемого колеса, мм...................... 0,5 —2,5
Частота движения резцов, дв. ход/мин................... 160-800
Основные узлы и цикл работы. На станине 8 (рис. 159)
слева закреплена передняя бабка 7, внутри которой находится люлька 2
в виде барабана с опорами качения по наружному диаметру. На торце
люльки расположены направляющие скольжения для двух суппортов 3,
несущих резцы 4. Бабку изделия 6 со шпинделем и насаженной на него
заготовкой 5 разворачивают вокруг вертикальной оси относительно
стола 7, чтобы обеспечить определенный угол между осями заготовки
и люльки (плоского колеса).
228

Рис. 159. Зубострогальный полуавтомат 5236П
Цикл обработки одного зуба включает: подвод стола с заготовкой
к резцам; рабочий ход люльки, которая поворачивается медленно и
согласованно с заготовкой (обкат); быстрый отвод стола; реверсиро-
вание люльки — ускоренный вспомогательный ход ее (возврат) при
неизменном вращении заготовки (деление). Далее следует повторение
цикла для обработки другого зуба. Счетчик циклов, который настраи-
вают на число зубьев нарезаемого колеса, выключает станок после обра-
ботки всех зубьев.
Кинематическая структура (рис. 160). Инструменту И
(резцам) сообщают главное движение через привод от асинхронного
электродвигателя Ml. Центральный вал IV люльки Л заканчивается криво-
шипно-шатунным механизмом КМ, который преобразует вращение в
возвратно-качательное движение рычага Р1 вокруг оси V. Следующие
затем кулисные механизмы создают возвратно-поступательное движе-
ние ползунов П1 и П2 с резцами.
229

₽цс. 160. Кинематическая схема зубострогального полуавтомата 5236П
Скорость главного движения настраивают гитарой сменных колес
а/b исходя из следующего уравнения кинематического баланса:
80 30 30 а 37	.
920 8о~ "зсГ 7Г — 77 = п даход/мин-
Отсюда формула настройки имеет вид
' — а п
'v~ ~ ~ 355 ’
Для этой гитары предусмотрены следующие числа зубьев сменных колес: 31,
36, 41,47, 53, 59, 64, 69. Условие сцепляемости: а + Ъ = 100.
В данном станке нет механизма, сообщающего заготовке отдельное
движение деления. Шпиндель непрерывно вращается с постоянной для
данной наладки угловой скоростью. Переход к следующему зубу проис-
ходит путем поворота шпинделя на некоторый угол, пока люлька возвра-
щается в исходное положение. При черновой обработке следующий зуб —
230

соседний, т. е. число зубьев, на которое заготовка должна повернуться
для деления, zz = 1. При этом угол обката, выражаемый через угол О
качания люльки, мал и недостаточен для полного профилирования наре-
заемого зуба.
Для увеличения угла качания люльки при чистовой обработке пере-
ходят к очередному зубу, пропуская несколько зубьев, причем zz не
должно иметь общих множителей с числом зубьев z нарезаемого колеса.
В противном случае после некоторого числа делений резцы повторно
будут попадать в уже обработанные впадины, а часть зубьев останется
необработанной. Например, при z = 24, и zz- = 4 будут обработаны лишь
зубья с порядковыми номерами 1-5-9-13-17-21.
От начала обработки одного зуба до начала обработки очередного
зуба проходит ровно один цикл. За время цикла заготовка 3 повернется
на часть оборота, равную zjz, а распределительный вал XXIV — на один
оборот. Исходя из этих расчетных перемещений настраивают цепь, вклю-
чающую валы XXIV, XXIII, VIII, IX, X, XVII,...,XXII. Из уравнения кинема-
тического баланса
t 60	50 50 20	20	20	23	25	с__е	1__ = Zi___
1	50 50 20	20	20	23	25	d	f	180 z
получается следующая формула настройки гитары деления:
Числа зубьев колес в гитаре подбирают исходя из условий сцепляе-
мости: с < 70; 89 < с + d < 128; /<100; 100 < е +/< 168. Для гитар де-
ления и обката используется общий комплект сменных колес, приведен-
ный далее, причем сначала подбирают колеса для гитары обката.
Цепь согласования движений заготовки 3 и люльки Л называют
цепью обката. В нее входят: шпиндель заготовки XXII, червячная переда-
ча 1/180, гитара деления, конические зубчатые передачи 25/25, 23/23,
20/20 (последнее из колес — на валу X — показано также на развертке
по валам), цилиндрические зубчатые колеса 61-62-61, ведущее колесо
20 реверсирующего механизма (на валу XII), наружный зубчатый венец
120 составного колеса, зубчатое колесо 24 на валу XIV, сменные колеса
гитары обката g, h, k, I, червячная передача 1/175, люлька Л.
При повороте производящего колеса zn на один зуб обрабатываемое
колесо z также должно повернуться на один зуб, что отражается следую-
1	_ 1	-
щими расчетными перемещениями: — об. люльки -> — об. заготовки.
Zn	z
Уравнение кинематического баланса имеет вид
1	175 _Z___h	24	120 61	62	20 23	25	с
zn 1 k	g	120	20 62	61	20 23	25	d	Х
е 1	1
X----------= -----.
/	180 z
С учетом формулы для zz' и выражения zn = z/sin 5где 8 — угол
231

начального конуса нарезаемого колеса, получается формула настройки
гитары обката
В комплекте сменных колес следующие числа зубьев: 24, 30,...,80 (кроме
32, 35, 38, 45, 49, 51, 55, 57, 65, 77), 82, 83, 86, 89, 90, 91,93,94,97, 100, 101,104,
109
Выбор z, связан с углом поворота люльки в при обкате. Этот угол
соответствует рабочей части цикла, на которую отведено 160 поворота
распределительного вала. Из расчетных перемещений
160° поворота распределительного вала О ° поворота люльки
вытекает уравнение кинематического баланса:
60 50	50	20	20	61	62	20	120	g	к	I	дО
I 50	50	20	20	62	61	120	24	h	I	175
Отсюда найдем выражение для передаточной величины гитары смен-
ных колес и приравняем его к полученному выше:
- z °
*	160
Угол 0 при обработке меньшего колеса конической передачи зависит
от передаточной величины С пары нарезаемых (сопряженных) колес:
iv............... l:l	1:2	1:3	1:4	1:5	1:10
0°................ 70	60	40	30	24	12
При обработке большего колеса 0 <70°.
Скорость движения обката регулируют бесступенчато, исходя из
времени рабочей части цикла.
Реверсирующий механизм (рис. 161) по окончании движе-
ния обката возвращает люльку в исходное положение. В основе механиз-
ма — составное колесо, имеющее наружный (z = 120) и внутренний
(z = 80) зубчатые венцы, представляющее собой зубчатое кольцо. На
половине его ширины и в пределах четверти окружности вырезан мате-
риал и добавлены зубчатые полуколеса <20(10), сопрягающие наружный
и внутренний венцы. В результате образовался подковообразный участок.
Вал XII колеса 20 закреплен в рычаге Р2, который может поворачиваться
вокруг оси XI и смещаться вдоль нее кулачком.
Ведущее колесо 20 механизма имеет постоянное направление
вращения и во время рабочего хода люльки зацепляется с кольцевым
участком наружного венца составного колеса (последнее совершает
при этом пять оборотов). Затем ведущее колесо переключается на
внутренний венец. Для этого оно перемещается кулачком вдоль зубьев
составного колеса, переходя на подковообразный участок. Наруж-
232

175-
Ш. -
170
61
20(10/
20
61 А11а
20 (7О), обкатываясь по
Рис. 161. Реверсирующий механизм с
составным колесом
кото-
ный венец переходит в пол у колесо
рому, ведущее колесо оказывается на внутреннем венце подковы, при
этом рычаг Р2 поворачивается, переводя вал XII из положения XIIа в
положение XIIЬ. Кулачком колесо 20 возвращается на кольцевой учас-
ток составного колеса, сохраняя внутреннее зацепление.
Замена внешнего зацепления внутренним приводит к реверсирова-
нию ведомого звена — составного колеса — и всех последующих звеньев,
включая люльку. При этом скорость поворота люльки на обратном ходу
становится больше из-за меньшего диаметра внутреннего венца. За время
обратного хода составное колесо поворачивается также на пять оборотов.
Далее ведущее колесо возвращается к наружному венцу, для чего осе-
вым движением оно сдвигается на подковообразный участок, снова
обкатывается по полуколесу и возвращается на кольцевой участок.
Л ю л ь к а 2 (рис. 162) имеет роликовую переднюю опору 7; хвос-
товая часть поддерживается парой радиально-упорных подшипников 77.
Червячное колесо 3 поворачивает люльку. Внутри хвостовой части вра-
щается вал 4 привода главного движения (его передняя опора — шарико-
подшипник 75, сзади два игольчатых подшипника 5). Зубчатое колесо 6
передает движение валу 4, а также через торцовую шпонку 10, зубья
муфты 7—8 и шлицы — валу 72 кривошипного механизма. Вал 72 эксцент-
рично расположен внутри вала 4 и связан с кривошипным пальцем 14.
Чтобы регулировать ход резцов, необходимо изменять расстояние между
осями вала 4 и пальца 14. Для этого отпускают гайку 9, разъединяют
полумуфты 7 и 8, поворачивают вал 72 относительно вала 4.
233

Рис. 162. Люлька станка 5236П
§68. ЗУБОРЕЗНЫЕ СТАНКИ ДЛЯ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС
С КРИВОЛИНЕЙНЫМИ ЗУБЬЯМИ
Конические колеса с криволинейными зубьями работают более плав-
но и бесшумно, способны передать большие крутящие моменты при
меньших габаритах, чем прямозубые конические колеса. Круговые зубья
можно шлифовать, что повышает их точность и позволяет закаливать.
Форму зуба нарезаемого колеса в продольном сечении принято зада-
вать через форму зуба плоского производящего колеса. У плоского
колеса зубья могут быть прямые, по дуге окружности (круговые), в
виде удлиненной или укороченной эвольвенты и т. д. Криволинейные
зубья нарезают пальцевыми модульными и коническими червячными
фрезами, круговыми протяжками.
Наиболее распространенный способ нарезания круговых зубьев —
резцовой головкой 1 (рис. 163). Зуб плоского колеса воспроизводится
на участке I как след в пространстве, оставленный режущшйи кромками
зубьев вращающейся резцовой головки. Заготовка 2 обкатывается с
плоским колесом 3. В станке роль плоского колеса выполняет люлька
с расположенным на ней шпинделем резцовой головки.
234

Рис. 163. Схема нарезания коничес-
кого колеса с круговыми зубьями
Зуборезный полуавтомат 5С270П предназначен для нарезания кони-
ческих и гипоидных колес с круговыми зубьями. Наибольшие размеры
нарезаемых зубчатых колес: диаметр 500 мм, модуль 8 мм. Частота
вращения инструментального шпинделя 19...210 мин"1.
Источником главного движения резцовой головки Р (рис. 164)
235

является отдельный электродвигатель Ml. В общем компоновка станка
аналогична компоновке зубострогального станка 5236П. Цепь обката
является цепью согласования движений. Она связывает поворот люльки
Л с вращением шпинделя изделия XVI. На концах цепи применены гипоид-
ные передачи 5/150 и 5/75.
Коробка передач содержит передачи, связывающие валы VI,...,IX.
Скорость качания люльки при обкате или время рабочего хода при работе
по способу врезания (при черновой обработке) изменяют сменными
колесами т, п и путем регулирования частоты вращения двигателя пос-
тоянного тока М2. Цепь обката реверсируют, переключая фрикционную
муфту М2: при включении вправо движение с вала VII передается на
вал IX через две пары колес (т/п и 31/77 -обратныйход), при включе-
нии влево - через одну пару (59/61 или 84/36 - холостой ход) . В станке
реверсируется не только люлька, но и заготовка, а также диск управле-
ния ДУ.
Движение деления для перехода к следующему нарезаемому зубу
добавляется при обратном ходе в цепь обката через дифференциал на
левом конце вала XI. При нарезании зуба подвижная часть муфты MY
передвигается вправо и соединяет валы X и XI конической передачей
36/36\ механизм деления выключен из цепи обката. При вспомогатель-
ном ходе подвижная часть однозубой муфты Мх передвигается влево
и соединяет валы X и XI через конические колеса 30/63 и через цилиндри-
ческие колеса дифференциала 84-22-40. Дополнительное движение
деления сообщается заготовке от цилиндра Ц1 через рейку, ре'ечное коле-
со 18, водило дифференциала, сателлиты 22, центральное колесо 40,
валы XI,...,XVI и соединяющие их передачи. В процессе деления вал XI
совершает один дополнительный оборот.
Ниже приведены уравнения кинематического баланса и формулы
настройки кинематических цепей при обработке колеса с числом наре-
заемых зубьев z и углом начального конуса 5^ (ир - частота вращения
резцовой головки, мин”1; zn — число зубьев производящего колеса;
О л и 0 у - углы качания соответственно люльки и диска управления, °;
Тр х — продолжительность рабочего хода, с) .
Цепь главного движения (гитара скорости резания)
ЛАС^ 12 а 46 27 17	.,	а пр
1450 --------------------= пп; iv = --- = —-— .
45 b 46 Зв 84	Р’	v	b 58,8
Числа зубьев сменных колес: 22,	25,	28,	32,	37, 42, 48, 54, 60, 65, 70,	74, 77, 80.
Условие сцепляемости: а + b = 102. Цепь деления (связывает валы XI и XVI)
36 30	___/' =	* = 15
1 Зв 30 h I 75 z ’ lz hl z '
Цепь обката (настройка на траекторию движения обката)
1	150	/	d	30	36	36	30	g____*	5	= 1	.
zn 5	е	с	30	36	36	30	А	/75 z	’	1
236

Гитары деления и обката настраивают сменными колесами из общего комплекта,
в котором представлены числа зубьев 30...90, 92...100, а также 106, ПО, 118, 122,
134 (колеса 30 и 60 - дважды).
Цепь управления (связывает люльку Л с диском управления ДУ на
валу XXVII для настройки на путь движения обката) :
150	f	d 49	р	2 _	0у _ р	_ 12	0у
~360	5	е	с~ ~2&	~г	42 “	360	’ 1У~ ~г 77	'
Настройка на скорость движения обката (гитара подач): за вре-
мя Гр х (с) двигатель при максимальной частоте вращения сделает
1500	0Л
——— 7 рх оборотов, а люлька повернется на	— оборота, т. е.
1500 т 100	18	пг	31	36	2	30	с	е	5____ _ _£л_ •
60 Vх 200	27	п	77	29	28	30	d	f	150	360 ’
Л _ т _ Zn 0Д	_	zn
ls ~ п ~ 107Тр.х	“	107
где шл - угловая скорость качания люльки, °/с.
Для гитар /у и i $ предусмотрен общий комплект сменных колес со следую-
щими числами зубьев: 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65 (2 шт.), 70(2 шт.), 75, 80, 85,
90,95,100,105, причемр + г = т + п = 135.
Кулачок К1 на валу XXIII воздействует на систему бесступенчатого
регулирования двигателя М2, меняя скорость обката в пределах цикла
обработки зуба. Кулачок К2 через следящую систему управляет скоростью
движения стола от цилиндра Ц2 при врезании или подводе. При работе по
способу врезания цепь обката отключают муфтой 7И3.
§69. РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
Резьбу обрабатывают на токарных станках резцами, плашками и
другими инструментами, на сверлильных и расточных — метчиками,
на резьбофрезерных дисковыми и гребенчатыми фрезами, на резьбо-
шлифовальных одно- и многониточными кругами, на резьбонакатных —
роликами и плашками.
При накатывании используют метод пластического деформирования
материала без снятия стружки. Заготовка, прокатываясь между круг-
лыми (рис. 165, а) или плоскими накатными инструментами, сдавли-
вается, на ней отпечатывается необходимая форма профиля.
Рис. 165. Схемы обработки резьбы:
а - накатными резьбовыми роликами; б - дисковой фрезой; в - гребенчатой
фрезой
237

При фрезеровании (рис. 165, б, в) инструмент вращается с высокой
скоростью v (главное движение резания). Для образования винтовой
поверхности необходимо сложное формообразующее движение. Оно
состоит из медленного вращения заготовки (круговая подача SK) и
согласованного продольного перемещения фрезы (продольная пода-
ча Sn). На одних станках дисковой профильной фрезой (рис. 165, б)
нарезают резьбу большого шага и на большой длине (например, на ходо-
вых винтах). На других станках гребенчатыми фрезами (рис. 165, в)
обрабатывают сразу по всей длине короткие мелкие резьбы, причем
на части оборота заготовки происходит радиальное углубление (вреза-
ние) в нее инструмента на высоту профиля. Затем следует один полный
оборот заготовки, в процессе которого каждая нитка фрезы полностью
нарезает резьбу на длине одного шага (хода) .
Резьбофрезерный полуавтомат 5Б63 предназначен для нарезания
коротких наружных и внутренних резьб гребенчатыми фрезами.
Наибольшие размеры нарезаемых резьб: наружный диаметр 80 мм,
длина 50 мм. Частота вращения фрезы 160...2500 мин“1.
Основные узлы полуавтомата следующие (рис. 166): бабка изде-
лия БИ, закрепленная на станине С слева, и фрезерная головка ФГ со
Рис. 166. Кинематическая схема резьбофрезерного полуавтомата 5Б63
238

шпинделем фрезы V, которая перемещается 'Вместе с кафёткоиА^Р по
станине вдоль оси, а также движется по каретке поперек.
Кинематическая структура (рис. 166). Цепь главного движения свя-
зывает двигатель Ml со шпинделем фрезы V. Из уравнения цепи
112 а	с 33 60
1425 -----------------= пл,
180 Ъ d 60 36	1
получаем формулу настройки гитары скорости резания
а с	«ф
i v =------= —“,
b d	800
где Мф — частота вращения фрезы, мин" 1.
Комплект содержит следующие сменные колеса: для а и b - 26,30, 39, 39,48,52;
для end- 22, 26, 30, 48, 52, 56. Условие сцепляемости a + b — с + и= /8.
Цепь круговой подачи передает движение от электродвигателя М2
на шпиндель заготовки XI. Из уравнения
1400	— — —-
236	66 f А 25	52
где п — частота вращения заготовки (мин” 1), получается формула наст-
ройки гитары подач
‘S f h 2,2
В комплекте к этой гитаре предусмотрены колеса: для ей/- 25, 29, 34, 38, 43,
44, 49, 53, 58, 62; для# и h - пара 23, 65. Условие сцепляемости: е + /= 87.
Винторезная цепь согласования состоит из шпинделя XI заготовки,
реверсирующего механизма 55-32-43, передачи 22/37, муфты Мх, копи-
ра К1 продольного перемещения. Колесо 43 на валу XIII переключают
при настройке на направление получаемой резьбы (правая-левая), при •
настройке на шаг меняют копир К1.
Кулачок К2 поперечного перемещения (на оси XVII) вращается
синхронно с копиром К1, их связывают передачи 37-46-37 и 49-49.
Кулачок К2 через рычаг толкает гайку вместе с винтом Р — 5 мм, салаз-
ками и фрезерной головкой, при этом преодолевается сила пружины П2.
В течение цикла копиры совершают ровно один оборот и останавливают-
ся при размыкании муфты Мг электромагнитом ЭМ. За один оборот
копира заготовка поворачивается на 1,31 оборота, причем 0,31 оборота
занимает врезание и вывод фрезы из резьбы. Установочное движение
в радиальном направлении производят маховиком Р через колеса 23-46
и винт при неподвижной гайке.
Предварительную установку каретки с фрезерной головкой и подвод
упора У к копиру К1 осуществляют от электродвигателя М3 с помощью
ходового винта Р — 12 мм. Движение с вала XIX передается на вал XXII
при ускоренном подводе-отводе через муфту М2 и колеса 38-67-33-75,
а при рабочем ходе — через передачи 23/82, 20/80, 33/75 (при включен-
ной муфте М3).
Гайка в каретке — плавающая, влево движение каретке передается
через пружину ГН. После соприкосновения упора У с копиром К1 карет-
239

ОК
Рис. 167. Каретка станка 5Б63

ка останавливается, а гайка дополнительно сжимает пружину Ш, отры-
ваясь справа от каретки; после этого винт останавливается. Теперь при
неподвижной гайке можно перемещать каретку на небольшое расстояние,
вращая копир К1.
Колеса 23, 77 на валах I, XI служат для привода насосов.
Конструкция каретки (рис. 167). Каретка состоит из корпуса 10 и
поперечных салазок 5 с направляющими скольжения. Продольное движе-
ние осуществляется по средней призматической и крайним плоским
направляющим. От опрокидывания каретку удерживают планки 9 и 12.
Опоры продольного ходового винта 21 закреплены на станине. Каретка
через планку 19 прижата к корпусу плавающей ходовой гайки 20 пружи-
ной 22, сила натяжения которой регулируется резьбовой втулкой 23.
Такая конструкция позволяет перемещать каретку как ходовым винтом,
так и копиром продольной подачи.
Поперечные салазки двигаются по комбинированным направляю-
щим: левая имеет форму половины ласточкина хвоста, правая — широ-
кая прямоугольная. Зазор в горизонтальной плоскости регулируют кли-
ном 18. В средней части поперечных салазок есть дополнительная направ-
ляющая в форме ласточкина хвоста малого размера, она охватывается
корпусом 16 поперечной гайки 6 и зажимной планкой 17.
При зажатой планке 17 гайка 6 соединена с поперечными салазками,
как и корпус 4 поперечного винта 8. Поперечный копир 15 с опорой
скольжения 13 на оси 14 при вращении толкает через рычаг 25 с роликом
24 корпус 16 гайки 6 вместе с поперечными салазками 5 и винтом 8.
Происходит врезание или отвод фрезы. При наладке отжимают планку 17,
разъединяя гайку и поперечные салазки, и маховиком 1 через шлицевый
вал 2, зубчатые колеса 3 и 11 вращают винт 8, осуществляя поперечное
установочное перемещение салазок. Зазор в поперечной передаче винт-
гайка регулируется подтягиванием дополнительной гайки 7.
Вопросы для самопроверки
1.	Какие движения необходимы для получения формы зуба в поперечном сече-
нии и вдоль зуба на станках для цилиндрических и конических колес?
2.	Каковы расчетные перемещения при нарезании червячного колеса способом
осевого врезания?
3.	Объяснить работу реверсирующего механизма с составным колесом.
4.	Какие инструменты используют для обработки резьб?
ГЛАВА 17.
АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ
§70 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Агрегатными называют специальные станки, состоящие из унифи-
цированных деталей и узлов (агрегатов). Они предназначены преиму-
щественно для обработки корпусных деталей путем сверления, раста-
чивания, фрезерования, резьбонарезания в условиях крупносерийного
241

и массового производства. Благодаря концентрации операций, много-
инструментной и многопозиционной обработке достигается высокая
производительность. Унификация позволяет в короткие сроки проекти-
ровать и изготовлять высококачественные станки при снижении затрат
труда.
Агрегатные станки различаются главным образом компоновкой,
которая зависит от формы и размеров обрабатываемой заготовки, тех-
нологии и производительности обработки. При обработке заготовка,
как правило, неподвижна, рабочие движения сообщаются режущим
инструментам.
Различают агрегатные станки со стационарным приспособлением
для заготовки (однопозиционные — рис. 168, а-г) и с подвижным прис-
пособлением (многопозиционные — рис. 168, д, е). Расположение инстру-
ментов относительно заготовки может быть односторонним (рис. 168,я, е)
и многосторонним, например двусторонним (рис. 168, б), трехсторон-
ним, круговым, а также вертикальным, горизонтальным, наклонным,
комбинированным. Обычно агрегатные станки многошпиндельны, причем
используют как многошпиндельные коробки, так и наборы одношпин-
дельных бабок.
Подвижное приспособление в многопозиционном станке бывает
одноместным и многоместным. Для поворота приспособления вокруг
вертикальной оси применяют поворотно-делительный стол, вокруг гори-
зонтальной оси — делительный барабан с несколькими гранями по пери-
ферии.
Все многообразие компоновок станков достигается при минималь-
ной номенклатуре унифицированных узлов. В состав станка могут вхо-
дить станины 1 (рис. 169), стойки 5, подставки, тумбы, переходные
угольники 2, силовые головки 6, силовые столы 8, многошпиндельные
коробки 3, одношпиндельные бабки (расточные, сверлильные, фрезер-
ные) с приводами вращения, поворотные делительные столы 7, станции
гидропривода, электрошкафы, пульты, стружко-уборочные конвейеры.
Обычно оригинальными узлами являются приспособление 4 для крепле-
ния обрабатываемых заготовок (однако и в нем используют унифици-
242

Рис. 169. Многошпиндельный многопози-
ционный трехсторонний агрегатный станок
Рис. 170. Переналаживаемый агрегатный
станок ХПА4
6
рованные детали), а также кондукторные плиты для направления инстру-
ментов.
Созданы принципиально новые переналаживаемые агрегатные станки.
На станинах некоторых таких станков предусматривают направляющие
и пазы, которые позволяют изменять число шпиндельных головок и их
взаимное расположение. В других случаях к силовым головкам пристраи-
вают магазин и автооператор для автоматической смены инструмента,
как в многоцелевых станках. Агрегатные станки оснащают регулируе-
мыми приводами и системой ЧПУ.
На рис. 170 показан переналаживаемый агрегатный станок ХПА4,
предназначенный для обработки корпусов с наибольшим размером до
100 мм. Станок снабжен магазином 5 сменных много шпиндельных коро-
бок (до 15 шт.) .'Маятниковая рука 6 и автооператор 7 переносят коробки
из магазина на силовую бабку 4 и обратно. Несущая система станка сос-
тоит из Т-образной станины 1 и стойки 3. На станине смонтирован сило-
вой стол 2, перемещающий горизонтально силовую бабку (движение
подачи). Коордйнатно-силовой стол 10 осуществляет прямолинейное
установочное перемещение поворотно-делительного стола 9 с зажимным
приспособлением и обрабатываемой заготовкой 8. Координаты обраба-
тываемых отверстий обеспечиваются расположением шпинделей в много-
шпиндельной коробке. Переналадку станка производят путем смены
комплекта многошпиндельных коробок (с инструментами и кондукто-
рами) , зажимного приспособления и программоносителя.
243

§71. ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
В Советском Союзе создана единая гамма унифицированных узлов
агрегатных станков взамен нормализованных узлов, изготовляемых
отдельными заводами, что позволило сократить общее число типоразме-
ров на 40 % [9]. Число типоразмеров шпиндельных коробок уменьшилось
с 56 до 22, причем в 1,5 раза возросла их жесткость, повысилась точность,
улучшилась технологичность.
Шпиндельные узлы сообщают инструментам вращение — главное
движение. Для растачивания отверстий без использования кондукторных
втулок применяют расточные бабки, а для обработки торцовыми фре-
зами — фрезерные бабки. Те и другие имеют один шпиндель, установлен-
ный на подшипниках качения (в передней опоре двухрядный ролико-
подшипник и два упорных шарикоподшипника). Аналогично устроена
сверлильная бабка для обработки одиночных крупных отверстий. Любая
шпиндельная бабка связана с приводом вращения, в котором обычно
применяют зубчатые колеса, а при большой частоте вращения — зубчато-
ременную передачу.
Много шпиндельная коробка выполняет всевозможные виды обработ-
ки отверстий (для нарезания резьбы имеются модификации коробок)
и может иметь до 80 шпинделей 1 (рис. 171) .
Рис. 171. Шпиндельная коробка серии
УНЕ-3100
Рис. 172. Типовые комплекты шпинделя (а) и промежуточного вала (б)
244

Невозможно целиком унифицировать шпиндельные коробки, так как
бесчисленны варианты чисел, типов, расположения шпинделей, межцентро-
вых расстояний. Поэтому унифицированы комплекты шпинделя с опо-
рами (рис. 172, а), промежуточного вала с опорами (рис. 172, б) и все
другие детали, в том числе корпуса, подготовленные под расточку. Ориги-
нальными являются чертеж .расположения отверстий на корпусе короб-
ки и сборочный чертеж.
Осевая нагрузка на шпиндель воспринимается упорным подшипни-
ком 1 (рис. 172, а). Остальные шарикоподшипники — радиальные. Сквоз-
ная форма отверстий существенно повышает точность (растачивание кор-
пусов с одной стороны) и снижает трудоемкость изготовления. Другая
особенность конструкции — отсутствие резьбы для крепления подшипни-
ков. На шпинделе они закрепляются пружинным упорным кольцом 2
(с пригонкой компенсатора толщиной 1 мм), а вал фиксируется вдоль
оси пружинными упорными кольцами 1 (рис. 172, б) и 2.,Многошпиндель-
ные коробки получают вращение от фланцевого электродвигателя или от
силовой головки.
Силовые столы сообщают инструментам (иногда заготовке) прямо-
линейное движение подачи и быстрый ход. На силовые столы устанавли-
вают шпиндельные узлы с самостоятельным приводом вращения (иногда
приспособление для зажима заготовки). В зависимости от типоразмера
наибольшая длина хода стола 250...1250 мм, а наибольшая сила подачи
6,3... 100 кН. Применяют силовые столы как с гидравлическим, так и с
электромеханическим приводом. Привод с гидроцилиндром обеспечи-
вает бесступенчатое регулирование подачи и достаточную точность пере-
ключения с быстрого хода на рабочую подачу (выбег до ~ 0,5 мм) . Одна-
ко при резком изменении сил резания, при колебании температуры движе-
Рис. 173. Силовой стол с электромеханическим приводом:
а — кинематическая схема привода; б - конструкция исполнительной части стола
245

ние подачи нестабильно, эксплуатация и ремонт гидропривода сложнее.
Электромеханический привод (рис. 173, а) состоит из электродви-
гателей Ml (рабочей подачи) и М2 (быстрого хода), зубчатых передач,
ходового винта Рх ъ с гайкой.
Зубчатые колеса а и b — сменные. Муфта Мх — фрикционная, предо-
хранительная с регулируемым крутящим моментом (тяговой силой на
винте). Электромагнитная муфта М2 выключена при включенном двига-
теле М2.
Ходовой винт 4 (рис. 173, б) вращается в опорах качения, установлен-
ных на неподвижной направляющей плите 6. Ходовая гайка 2 переме-
щается с платформой 3 по комбинированным замкнутым направляющим.
Бронзовые втулки 5 ограничивают провисание консольного конца винта
при большом его вылете. Кольцо 1 центрирует корпус привода (не пока-
зан) . Упоры 7 взаимодействуют с бесконтактными конечными выключа-
телями 8, обеспечивая установленное при настройке значение хода и
требуемый цикл работы силового стола, например быстрый подвод —
рабочая подача — быстрый отвод.
Силовая головка совмещает функции привода шпиндельного узла
и силового стола. В единой гамме унифицированных узлов предусмотре-
ны несамодействующие гидравлические малогабаритные пинольные
головки и самодействующие плоскокулачковые пинольные головки.
Первые не могут выполнять свою функцию отдельно от станка, так как
источник энергии для движения подачи — насос — находится вне головки.
Пиноль вместе с насаженной на нее шпиндельной коробкой выдвигается
(движение подачи) с помощью гидроцилиндра или кулачка. Шпиндель
головки, расположенный внутри пиноли, передает вращение от двига-
теля шпиндельной коробке.
Вопросы для самопроверки
1.	Каковы разновидности компоновок агрегатных станков?
2.	Что в агрегатных станках обычно унифицировано?
3.	Для чего предназначены силовые столы и силовые головки?
ГЛАВА 18.
АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ И СТАНОЧНЫЕ СИСТЕМЫ
§72	. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
ОБ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЯХ
Автоматической линией (АЛ) называют совокупность‘станков, дру-
гого технологического оборудования и вспомогательных устройств,
автоматически выполняющих заранее заданную последовательность
технологических операций. Наладчики осуществляют периодический
контроль работы АЛ и подналадку.
Автоматические линии применяют в массовом и крупносерийном
производстве. Они обеспечивают комплексную автоматизацию изго-
246

товления деталей, в несколько раз уменьшают число необходимых стан-
ков и рабочих, себестоимость обработки, объем незавершенного произ-
водства, повышают качество обработки. Автоматические линии служат
для обработки резанием или давлением, термической обработки, литья,
сборки; есть также комплексные АЛ.
Автоматические линии различают по виду применяемых станков,
виду связи между станками, планировке оборудования, особенностям
транспортных устройств, систем контроля и управления, возможности
переналадки, виду изготовляемых деталей.
Они могут состоять из станков общего назначения (преимуществен-
но для изготовления круглых деталей), специальных (или специализиро-
ванных) станков, агрегатных станков (для изготовления корпусных
деталей).
Связь между станками в АЛ может быть жесткой (синхронной) и
гибкой (несинхронной). Жесткая связь характеризуется одновремен-
ностью (синхронностью) работы оборудования и передачи заготовок
от станка к станку, невозможностью бесперебойной работы АЛ в слу-
чае прекращения работы хотя бы одного станка. Для гибкой связи харак-
терна некоторая независимость работы станков и возможность работы АЛ
в случае прекращения работы отдельных станков,что возможно при нали-
чии межоперационных накопителей.
При последовательной связи всех станков в АЛ ее называют одно-
поточной (неветвящейся). В такой линии каждая операция производится
на одном станке. Многопоточная АЛ (ветвящаяся) содержит участки
•параллельно соединенных станков. Такая линия должна иметь конвейер-
распределитель или делители потока. Параллельные потоки необходимы
для использования на одной операции нескольких станков, если продол-
жительность этой операции в соответствующее число раз превосходит
продолжительность са'мой кратковременной операции.
Расположение оборудования может быть замкнутым (кольцевая
планировка, расположение по прямоугольнику). гГри этом заготовки
загружаются в АЛ, а готовые детали выгружаются в одном и том же
месте, что удобно для транспортирования. Однако доступ к оборудованию
замкнутой АЛ частично затруднен. Поэтому преобладают незамкнутые АЛ
с прямолинейной, П-образной, зигзагообразной и другой планировкой.
По расположению транспортных устройств относительно станков и
способу передачи заготовок в рабочие зоны различают АЛ с транспорти-
рованием: сквозным — сквозь рабочую зону, боковым (фронтальным) —
перед станками (с передачей заготовки от станка к станку в три приема:
поперек линии на конвейер, конвейером вдоль линии, поперек линии в
рабочую зону), верхним — над станками (со спуском заготовки в рабо-
чую зону для обработки и последующим подъемом) , роторным.
Роторная. АЛ (рис. 174) состоит из рабочих роторов 2, 4, 6 и транс-
портных роторов 1, 3, 5, 7. Роторы расположены попеременно в шахмат-
ном порядке и непрерывно вращаются. Рабочий ротор для механической
обработки представляет собой многопозиционный станок непрерывного
действия. Транспортный ротор снабжен несколькими захватами. В зонах
контакта роторов заготовка передается на ходу в загрузочную позицию
247

Рис. 174. Схема роторной автомати-	Рис. 175. Накопители:
ческой линии	а - проходной; б — тупиковый; 1,3 -
участки конвейера соответственно на
входе и выходе из накопителя; 2 -
накопитель
или из разгрузочной позиции рабочего ротора. Обработка совмещена с
поворотом рабочего ротора.
Транспортно-загрузочная система, связывающая станки и другое
оборудование в линию, в общем случае может состоять из конвейеров,
поворотных устройств, подъемников, накопителей и загрузочно-разгру-
зочных устройств. Их разновидности рассмотрены в гл. 6. Подъемники
необходимы в АЛ с верхним транспортированием, а также иногда для
подачи заготовок в верхнюю часть самотечных лотков. Типовым является
цепной подъемник.
Накопители разделяют станки или участки АЛ. Накопители, которые
являются составной частью транспортных устройств, бывают двух типов:
проходные (последовательные) и тупиковые. Через проходной накопи-
тель (рис. 175, а) проходят все заготовки, следующие по конвейеру;
заготовки в накопителе не могут останавливаться, если работает кон-
вейер; из накопителя заготовки выходят в том же порядке, в каком они
входили туда. В тупиковый накопитель (рис. 175, б) заготовки отбирают-
ся из основного потока; они остаются на месте после заполнения накопи-
теля, а основной поток движется мимо них; незаполненные в основном
потоке места заполняются из накопителя, причем заготовки выходят
из него в обратном порядке. В эксплуатации более удобны проходные
накопители.	*
В АЛ предусмотрена система для удаления стружки и обычно есть
общая для всех станков замкнутая система обеспечения смазочно-охлаж-
дающей жидкостью (СОЖ). Раздельно должны обеспечиваться СОЖ
станки, работающие .лезвийным и абразивным инструментом.	*
Чтобы обеспечить заданный уровень качества продукции, выпускае-
мой АЛ, существуют различные системы контроля и управления качест-
вом обработки. Контроль может быть выборочным и сплошным, ручным
и автоматическим. Контрольно-измерительные устройства, встроенные
в станки или в виде отдельных автоматов, выдают информацию о состоя-
нии станка, инструмента, обрабатываемой заготовки и окружающей сре-
ды. Контролируются размеры, форма и расположение поверхностей,
параметры шероховатости, физико-механические свойств^, химический
состав, масса, температура, уровень колебаний, силовые параметры.
Различают пассивный и активный контроль деталей. Пассивный конт-
роль ведется при промежуточной или окончательной приемке, чтобы
248

Рис. 176. Структурные схемы устройств активного контроля
отделить бракованные детали или рассортировать детали по группам
размеров. Активный контроль используют для управления станками.
Например, измерительная головка 2 (рис. 176, а), встроенная в кругло-
шлифовальный станок, периодически или непрерывно следит за изменяю-
щимся при обработке диаметром заготовки 1. Датчик 4 преобразует
изменение размера заготовки, как правило, в электрическую величину.
Результаты измерения через усилитель 5 передаются в устройство управ-
ления 6 приводом 7 шлифовальной бабки 8 — формируется команда
на перемещение бабки или ее останов. Результаты измерения можно
наблюдать на шкале 3.
Автоматический подналадчик (рис. 176, б) является измерительно-
управляющим устройством, установленным вне рабочей зоны станка,
например токарного. Изготовленная деталь 1 поступает в измерительное
устройство 2 с датчиком 3. Когда вследствие изнашивания резца 7 размер
детали достигнет предельного значения, через усилитель 4 и устройство
управления 5 будет подана команда на включение механизма подналад-
ки 6, компенсирующего износ резца.
Система управления АЛ организует работу каждого станка и агрегата
(конвейеров, накопителей, измерительных устройств и др.) для осущест-
вления предусмотренного цикла их работы, управляет циклом работы
участков и линии в целом (согласовывает работу станков и агрегатов),
обеспечивает блокировки во избежание аварийных ситуаций (например,
при несовместимых или недопустимых действиях отдельных частей
в АЛ, в том числе при невыполнении некоторых действий отдельными
частями АЛ, при неисправности инструмента или отдельных систем, а
также при неудовлетворительных результатах контроля параметров),
помогает обнаружить места и характер возникающих отказов в работе
АЛ, выдает информацию о ходе эксплуатации АЛ. У системы управления
АЛ предусмотрены два основных режима работы: автоматический и
наладочный (последний — с управлением от кнопок).
Централизованная система управления применяется в АЛ с жесткими
транспортными связями и характеризуется наличием управляющего
устройства (например, механического или гидравлического командо-
аппарата), которое выдает команды в заданной последовательности и
контролирует их выполнение. Децентрализованная система управления
используется в АЛ с гибкими транспортными связями; она обеспечивает
автономное управление отдельными агрегатами.
249

Наиболее прогрессивной основой для создания систем управления АЛ
являются средства вычислительной техники. На смену релейно-контакт-
ным аппаратам приходят бесконтактные логические элементы. Приме-
няют программируемые командоаппараты и ЭВМ.
Системы ЧПУ резко увеличивают эффективность работы АЛ и ее обслу-
живания. Например, сигнализация лампочками о нормальной работе
агрегатов или отказах дополняется выводом информации на цифровые
индикаторы, экран дисплея, самописец или телетайп. С помощью систем
ЧПУ можно получить сведения о фактической производительности -АЛ,
о результатах учета и анализа простоев, суммарном времени работы
каждого инструмента и т. д. Появляется возможность создавать пере-
налаживаемые АЛ.
По виду изготовляемых деталей различают АЛ для обработки при
изготовлении корпусных деталей и тел вращения (валов, дисков, колец,
метчиков и т. п.) .'
§73	. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ
ИЗ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
Автоматические линии из агрегатных станков предназначены для
обработки корпусных деталей или деталей сложной формы (например,
рычагов).
Производительность повышают путем дифференцирования (разде-
ления) и концентрирования (объединения) операций, многопозицион-
ной обработки, обработки заготовок одновременно с нескольких сто-
рон, применения комбинированных инструментов и т. д.
Число станков в АЛ и ее компоновка зависят от степени сложности
изготовляемой детали, состава необходимых операций и переходов обра-
ботки, требуемой производительности. Детали относительно простой
формы обрабатывают на коротких АЛ из двух многопозиционных стан-
ков. В АЛ для обработки блока цилиндров автомобильного двигателя
в одном потоке до 40 станков.
Заготовки сложной, неудобной для базирования формы закрепляют
в одноместных или многоместных приспособлениях-спутниках. Спутник
представляет собой плиту, верхняя часть которой приспособлена для
фиксации и закрепления заготовок, а нижняя сопрягается с транспорта^
рующими устройствами АЛ и с зажимными устройствами станков. Спут-
ник сопровождает обрабатываемую заготовку от начала АЛ до конца,
а после снятия готовой детали возвращается к началу АЛ, чтобы принять
очередную заготовку. Для возврата спутников необходим дополнитель-
ный конвейер, который располагают вдоль основного конвейера (над
ним или сбоку).
На рис. 177 показана однопоточная АЛ с жесткой связью между
станками, которая предназначена для обработки общей заготовки шату-
на совместно с крышкой. В приспособлении-спутнике вручную закреп-
ляют две заготовки, в каждой заготовке — по два отверстия.
Первые три горизонтальных односторонних однопозиционных четы-
250

Рис. 177. Схема автоматической линии для черновой обработки шатунов и крышек
двигателя
рехшпиндельных агрегатных станка 7...3 предназначены для зенкерова-
ния отверстий. Отверстия должны быть овальной формы и поэтому каж-
дое обрабатывается на трех станках последовательно смещенными зен-
керами. На станке 4 снимаются фаски в отверстиях и цекуются углубле-
ния для клейма. Станок 5 разрезает заготовки дисковыми пилами, отде-
ляя крышку от шатуна. Далее спутник с деталями проходит через моеч-
ную камеру 6 и поступает на пресс 7, который клеймит шатун и крышку
одинаковыми номерами.
Вдоль линии спутники с заготовками перемещаются с помощью
шагового конвейера 8 с поворотными штангами. В конце АЛ толкатель 9
перемещает спутник с деталями с основного конвейера 8 на цепной кон-
вейер возврата 10. Толкатель 77 перемещает спутник вновь на основной
конвейер 8 в позицию разгрузки-загрузки. Готовые детали снимают со
спутника и устанавливают на него заготовки. Стружка с АЛ убирается
отдельным конвейером с приводом 12.
На базе переналаживаемых агрегатных станков создают перенала-
живаемые АЛ. Такие линии предназначены для изготовления деталей
арматуры, корпусных деталей (приборов, автобусов, других изделий),
выпускаемых средними сериями (по 50...200 шт. в повторяющихся пар-
тиях). Например АЛ (рис. 178) состоит из двух станков 7 и 2, показан-
Рис. 178. Переналаживаемая автоматическая линия из агрегатных станков с ЧПУ
751

ных на рис. 170, двух автоматических манипуляторов 4 и 6 (рис. 178)
и трех одинаковых шаговых конвейеров 5, 5, 7 для перемещения заго-
товок слева направо. Манипулятор 4 одним захватом забирает заготов-
ку в конце загрузочного конвейера 3 и переносит ее на поворотно-дели-
тельный стол станка 7, а другим захватом переносит частично обрабо-
танную заготовку со станка 7 на перегружающий конвейер 5. Так же
манипулятор 6 связывает станок 2 с перегружающим 5 и выгружаю-
щим 7 конвейерами. Взаимодействие составных частей АЛ обеспечи-
вается системой ЧПУ. Для переналадки АЛ переналаживают станки, заме-
няют приспособления, захваты манипуляторов и программоноситель.
§74	. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ
ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ
Детали типа тел вращения можно разделить на две группы по соотно-
шению длины и диаметра: типа валов (поршневые пальцы, клапаны-,
болты и др.) и типа дисков (кольца, фланцы, зубчатые колеса и др.).
Для деталей этих групп различны - способы базирования при обработ-
ке и способы транспортирования.
В АЛ для обработки тел вращения преобладают станки токарной
и шлифовальной групп. Прогрессивные методы формообразования (на-
пример, пластическое деформирование в холодном состоянии) обеспе-
чивают повышенную точность заготовок, что позволяет иногда вести
обработку сразу на шлифовальных станках без предварительного точения.
Большинство АЛ предназначены для массового производства и вы-
пускают одно определенное изделие. В серийном производстве АЛ выпус-
кают по нескольку конкретных однотипных изделий, близких по разме-
рам и обрабатываемых по единому технологическому процессу, но такие
линии должны быть переналаживаемыми (например, АЛ для обработки
разных ступенчатых валов).
На рис. 179 показана АЛ для изготовления цилиндрических зубча-
тых колес десяти типоразмеров с годовьп^ выпуском 120 тыс. шт. При
трех наладчиках переналадка линии занимает 4,5 ч. Форма заготовки приб-
лижена к форме детали. АЛ однопоточна, планировка ее прямолинейна.
Используются токарные автоматы 7 для наружного обтачивания, а также
чернового и чистового зенкерования отверстия (позиции 7 и 77), для
Рис. 179. Автоматическая линия для обработки цилиндрических зубчатых колес.
252

подрезки торцов и снятия фасок (позиция IV), протяжной станок 2
для окончательной обработки отверстия (позиция III), зубофрезерные
станки 3 для черновой и чистовой обработки зубьев (позиции V и VI),
зубозакругляющий станок 4 (позиция VII), зубошевинговальный ста-
нок 5 для окончательной отделки зубьев (позиция VIII). Большинство
станков этой АЛ — общего назначения.
Фронтальное транспортирование осуществляется шаговым конвейе-
ром, расположенным перед станками. П^ред станком имеется также
перегружатель, перемещающийся поперечно. Он снимает обработанную
на данном станке заготовку и переносит ее на конвейер, который передви-
гается на один шаг. Тот же перегружатель забирает с конвейера подошед-
шую с предыдущего станка заготовку и устанавливает ее для последую-
щей обработки.
Бункер делит линию на два участка. В пределах каждого участка
связь между станками жесткая. Бункер является накопителем, благода-
ря чему связь между участками гибкая: при переналадке или неисправ-
ности одного участка другой работает.
Автоматическая линия для обработки клапанов двигателя (рис. 180)
рассчитана на выпус 2,8 млн.шт. в год. В линии использованы преимущест-
венно специальные станки. Заготовки поступают из бункера 1 к автома-
там 3 для обдирочного шлифования стержня клапана. Система транспор-
тирования состоит из ряда цепных подъемников 2 и лотков-склизов,
подводящих заготовки к станкам, а также конвейера 4, собирающего
частично обработанные заготовки с группы станков. Данная линия —
переменно-поточная. Автоматы 3 работают в три потока. Далее распо-
ложен торцешлифовальный автомат 5 (один поток). Бесцентрово-шли-
фовальные автоматы 6 ведут чистовую обработку в два потока, выдавая
детали на очередной конвейер. Магазин 7 служит накопителем между
первым и вторым участками. Станки 8... 10 ведут токарную обработку,
а автоматы 11 обкатывают стержень клапана, т. е. выглаживают и упроч-
няют поверхность. После закалки с помощью токов высокой частоты
на автомате 12 торца стержня клапаны снова шлифуются по цилиндри-
ческим поверхностям на бесцентрово-шлифовальных автоматах 13 и 14
(предварительно), и по торцам - на автомате 15 (окончательно). За
Рис. 180. Планировка автоматической линии для обработки клапанов
253

очередным магазином 7 расположены токарный автомат 16 (чистовое
точение) и автоматы окончательной обработки — бесцентрово-шлифо-
вальные 17, обкаточные 18 и круглошлифовальные 19 (последние обра-
зуют четыре потока) . Участок контроля состоит из автомата 20 (проверка
клапана по основным параметрам) и механизированного стенда 21 (ви-
зуальный контроль). Автомат 22 ведет антикоррозийную обработку,
автомат 23 упаковывает клапаны.
§75	. ГИБКИЕ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ (ГПС)
Даже переналаживаемые автоматические линии предназначены для
последовательной обработки однотипных деталей заранее определен-
ной номенклатуры (порядка 10 наименований). В АЛ последователь-
ность обработки и связи между станками неизменны. В обычной АЛ
автоматизируется преимущественно (или только) неизменный техноло-
гический процесс. ГПС позволяют автоматизировать мелкосерийное
производство, допуская быстрое изменение технологии изготовления.
Гибкий автоматизированный участок (ГАУ) представляет собой
комплекс, состоящий из станков с ЧПУ, управляющей ЭВМ и дру-
гого оборудования. Он предназначен для размерной обработки деталей
широкой номенклатуры, подаваемых мелкими партиями (в среднем
по 10...50 деталей). Число наименований деталей достигает 50 и более
(до нескольких сотен). Участки отличаются универсальностью, т. е. боль-
шим диапазоном возможных переналадок оборудования на производ-
ство различных деталей; и быстротой переналадки. Они осуществляют не
только обработку и межстаночные операции, но также технологическую
подготовку (включая выбор последовательности обработки и разработ-
ку управляющей программы), планирование и диспетчирование (в част-
ности, очередность подачи партий заготовок, распределение работы по
станкам), многосторонний учет работы оборудования (сбор сведений,
технико-экономический анализ) . Таким образом, благодаря ГАУ автома-
тизация распространяется на организацию и управление производством.
Станки с ЧПУ даже при индивидуальном использовании резко повы-
шают эффективность мелкосерийного производства, а ГАУ позволяют
достичь еще большей эффективности. ГАУ дополнительно повышают
производительность труда, сокращают число станков и рабочих-станоч-
ников, экономят производственную площадь, сокращают продолжи-
тельность цикла изготовления деталей и сроки освоения новой продук-
ции, повышают качество деталей и стабильность производства, улучшают
условия труда работников, повышают общую культуру»производства.
По технологическому назначению различают следующие ГАУ: 1) участ-
ки типа АСВ (автоматизированные системы для обработки деталей вра-
щения — валов, фланцев, зубчатых колес, шкивов, ги^ьз и т. п.);
2) участки типа АСК (автоматизированные системы для изготовления
корпусных деталей — корпусов, станин, пространственных кронштей-
нов и т. п.); 3) участки типа АСП (автоматизированные системы для
254

обработки плоских деталей — планок, крышек, реек, плоских рыча-
гов и т. п.) [12]. Участки каждого типа разделяют на группы в зави-
симости от размеров изготовляемых деталей. Так, участок АСВ-1
(первой группы) предназначен для изготовления деталей диаметром
16...160 мм и длиной до 500 мм, а участок АСВ-3 для изготовления де-
талей диаметром 63...630 мм и длиной до 1000 мм.
В общем виде автоматизированная система состоит из подсистем
(рис. 181). Степень автоматизации участков производства различна,
например загрузка станков может быть автоматической или авто-
матизированной. Станки с ЧПУ, применяемые в ГАУ, обладают рас-
ширенными техническими характеристиками и технологическими воз-
можностями, позволяющими на одном станке концентрировать раз-
нообразную обработку; для этого используют преимущественно станки
с револьверными головками, многоцелевые станки. Применяют стандар-
тизированный для данного участка, заранее настраиваемый по размерам
комплект кодированных режущих инструментов, быстропереналаживае-
мую или быстросменную оснастку.
Рис. 181. Структурная схема автоматизированной системы для обработки заготовок
255

Тр ан спор тно-накопительные средства обеспечивают хранение и транс-
портирование по заданным адресам оперативного задела заготовок,
частично и полностью изготовленных деталей, инструмента, оснастки,
сопроводительной документации, стружки. Грузопотоки осуществляются
со свободным ритмом, т. е. по запросам (сигналам) от обслуживаемых
адресов, и обеспечивают практически независимую и совмещенную по
времени работу на всех рабочих местах участка.
Важнейшей составной частью гду является система управления,
построенная по иерархическому (многоуровневому) принципу. Верхний
уровень управления (централизованное управление) осуществляется
ЭВМ и обеспечивает преимущественно подготовительную и организацион-
ную работу. В рамках технологической подготовки производства автома-
тически рассчитываются припуски, назначаются инструменты и режимы
обработки, подготавляется управляющая программа.
Оперативно-календарное планирование предполагает расчет месяч-
ного плана-графика работы ГАУ, составление плана запуска партий заго-
товок по станкам на смену, выдачу заданий на подготовку инструмента,
оснастки и заготовок, корректировку планов с учетом хода производ-
ства. При диспетчировании редактируются плановые задания, устанавли-
вается очередность, обслуживания. ЭВМ перерабатывает измеряющуюся
информацию и хранит сведения по учету заготовок, инструментов, ос-
настки, выполненной работы, бракованных деталей, состояния и простоев
оборудования и т. д.
Централизованное (прямое) управление оборудованием состоит
в связи между центральной ЭВМ и устройством ЧПУ отдельного станка,
транспортного или иного агрегата. По запросу от станка по каналу связи
ЭВМ выдает управляющую информацию в виде кадров управляющей
программы, выбранной из массива, который хранится в библиотеке
программ. ЭВМ не только управляет работой контрольно-измеритель-
ной машины, но и обрабатывает результаты измерения деталей. Централи-
зованной управление обеспечивает работу оборудования без перфолент,
что значительно повышает надежность.
Нижний уровень управления (автономное управление) осущест-
вляется индивидуальным устройством ЧПУ станка (транспортного или
иного агрегата), позволяющим многократно отработать полученную от
ЭВМ программу, ввести в нее коррекцию непосредственно на рабочем
месте, ввести новую программу с помощью перфоленты в случае отказа
ЭВМ, отразить состояние составных частей оборудования посредством
индикации. Между верхним и нижним уровнями возможен средний уро-
вень управления в виде мини-ЭВМ, которая решает часть задач централь-
ной ЭВМ (в основном управляет оборудованием).
ГАУ разных типов различаются главным образом составом станков,
инструмента и оснастки, транспортно-накопительными устройствами.
Участок АСВ-22 предназначен для изготовления деталей диаметром
до 250 мм и длиной до 750 мм; он содержит 12 станков,<на каждый из
которых приходится в год в среднем 5000 шт. выпущенных деталей.
Участок обслуживают 30 человек, из них — 12 рабочих-станочников,
которые работают в две смены. Производительность станков, объединен-
256

Рис. 182. Схема гибкого автоматизированного участка АСВ-22
ных в ГАУ, выше, чем производительность станков с ЧПУ, которые
используются индивидуально, в 1,4... 1,7 раза.
Участок состоит из двенадцати станочных и шести вспомогательных
модулей (секций), конвейера и отделения ЭВМ. Каждый модуль сплани-
рован на прямоугольной площадке и примыкает к конвейеру 7 (рис. 182).
Станочный модуль С включает станок 7, его гидростанцию, электрошка-
фы, устройство ЧПУ, пульт управления (не показаны), столы 6 для прие-
ма на рабочее место тар с деталями, инструментом и оснасткой. На участке
стоят девять токарных патронно-центровых полуавтоматов 1725МФЗ
и три сверлильно-фрезерных многооперационных станка МА2235МФ4.
Станочные модули соединены в пары 77, расположенные в две линии
вдоль конвейера. Станки спаренных модулей расположены лицевыми сто-
ронами друг к другу, что удобно для многостаночного обслуживания и
связи обоих станков с конвейером посредством одной общей приемо-
передающей секции 5, которая имеет тележку и доставляет заготовки и
инструментальную оснастку на приемные столы 6 и обратно.
Накопители 2 связаны с секцией приспособлений для крепления
заготовок (патроны со сменными кулачками, тиски и др.), а накопи-
тели 77 — с секцией инструмента. Приемо-передающие устройства 3 и 12
служат для приема и передачи приспособлений и инструментов. Секция
контроля (не показана) проверяет заготовки, поступающие на участок,
и готовые детали. Секция 4 удаления стружки содержит тележку для
перемещения заполненных емкостей от станка к конвейеру и возврата
пустых емкостей. Секция 8 сбора стружки и СОЖ принимает емкости
со стружкой, сортирует и кантует их над соответствующими контей-
нерами.
Центральный конвейер-накопитель 7 имеет замкнутую форму и
напольную тележечно-цепную конструкцию. Он работает в режиме перио-
дических пусков и остановок при движении в одном направлении со
скоростью 18 м/мин (с плавным разгоном и торможением). Тара с заго-
товками (инструментами, оснасткой, стружкой) перемещается с тележ-
ки конвейера на приемо-передающую тележку и обратно с помощью
толкателей 10 (платформы тележек сделаны в виде рольгангов). Тре-
ом	257
“ Маеров

буемая т еле жка-конвейера вызывается набором адреса в любой сек-
ции. Предварительный накопитель 9 служит для предварительного хра-
нения заготовок и готовых деталей в целях их контроля и оформления.
Участок АСК-10 предназначен для изготовления деТалей разме-
ром до 500 мм; он содержит группу многоцелевых станков МА6907ПМФ4
(сверлильно-фрезерно-расточных с магазином на 36 инструментов),
координатно-разметочную машину ВЕ-111А, контрольно-измерительную
машину ВЕ-140К, транспортно-складскую систему и другие подразде-
ления.
Для закрепления заготовок применяют унифицированные плиты-
спутники с элементами универсально-сборной оснастки. Полный комп-
лект оснастки позволяет собирать приспособления до 400 типов.
Транспортно-складская система включает двухрядный двухъярусный
ячеистый склад с автоматическим штабелером, накопительные ролико-
вые конвейеры, рольганговые станции для подачи заготовок к рабочим
местам. По командам с диспетчерского пульта очередная заготовка на
поддоне поступает со склада в зону загрузки станка. Сюда же подают
приспособление-спутник.
Оператор с помощью крана снимает заготовку с поддона и устанав-
ливает ее на спутник. Манипулятор переносит спутник с заготовкой
на стол станка, где1 осуществляется его автоматическое базирование и
закрепление, пуск станка, обработка заготовок, освобождение спутни-
ка. Манипулятор переносит спутник с заготовкой из рабочей зоны стан-
ка в одну из свободных позиций ожидания. Там оператор снимает заго-
товку со спутника и устанавливает ее на рольганговую станцию для воз-
вращения на склад.
Заготовка с одной установки без повторного закрепления обрабаты-
вается, если необходимо, с трех (иногда с четырех) сторон. Детали, тре-
бующие дальнейшей обработки (чистовой или с других сторон), возвра-
щаются на склад так же, как и готовые детали (принцип работы ’’склад-
станок—склад”) .
По сравнению с цехами, оснащенными универсальным оборудова-
нием, АСК-10 повышает производительность труда в 2,5...3,5 раза и сни-
жает число рабочих-станочников в 4...5 раз.
Вопросы для самопроверки
1.	Как классифицируют автоматические линии?
2.	Каковы устройство и назначение приспособлений-спутников?
3.	Каковы особенности гибких автоматизированных участков?
ГЛАВА 19.
ЭКСПЛУАТАЦИЯ СТАНКОВ
И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
§76	. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Рациональная эксплуатация станков и автоматических линий должна
обеспечить их долговечность и безопасность обслуживающего персонала.
Необходимо стремиться к наибольшей производительности при соблюде-
258

нии заданной точности и качества обработки, сохранении точности станков.
К требованиям правильной эксплуатации относятся правильность
упаковки, транспортирования и распаковки оборудования, приспособлен-
ность помещений к работе, правильность установки и крепления станков,
соблюдение установленной методики испытаний и их полнота, выполне-
ние правил работы и ухода за оборудованием (смазывание, регулирова-
ние) , своевременность профилактических осмотров и ремонта. При
эксплуатации станков и другого оборудования, в особенности автомати-
ческого, большое значение имеет соблюдение правил техники безопаснос-
ти. Необходимым условием выполнения указанных требований является
общая и техническая грамотность обслуживающего персонала.
§77	. ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И УСТАНОВКА СТАНКОВ
Для транспортирования к потребителю станки упаковывают на заво-
де-изготовителе в деревянные ящики. Конструкция ящика и способ
упаковки должны обеспечивать неподвижность станка и его частей внутри
ящика при перевозке железнодорожным или морским транспортом,
защиту от влаги и пыли. Должны быть подвергнуты консервации все
неокрашенные металлические поверхности.
Погрузку и разгрузку упакованного и распакованного станка осу-
ществляют с помощью грузоподъемных механизмов, при этом необхо-
димо избегать сильных толчков. Ящик со станком следует обводить
канатом по указанным на ящике местам. При распаковке сначала сни-
мают верхний щит упаковочного ящика, а потом — боковые щиты. Необ-
ходимо следить за тем, чтобы не повредить станок распаковочным ин-
струментом.
Распакованный станок зачаливают, располагая пеньковые канаты
или тросы согласно схеме транспортирования. Часто в передней и задней
стенках станины (основания) предусмотрены сквозные отверстия, в
которые вставляют стальные штанги, служащие для зачаливания. Чтобы
не повредить тросом окрашенные поверхности, к которым он прилегает,
устанавливают деревянные прокладки.
Правильность установки и закрепления станков влияет на их точность,
долговечность и производительность. Жесткий фундамент, рациональная
конструкция, целесообразная расстановка и тщательная регулировка
станочных опор уменьшают деформации недостаточно жестких станин,
особенно при большой протяженности, при перемещениях тяжелых узлов.
Фундамент и опоры станка должны обладать виброизоляционными свой-
ствами, чтобы на станок не передавались колебания извне, чтобы снизить
уровень колебаний от внутренних возмущений.
Основные виды фундаментов показаны на рис. 183. На бетонный
пол толщиной не менее 150 мм устанавливают станки массой до 10...15 т
с достаточно жесткими станинами (при l/h <8, где / — длина станины;
h — высота ее сечения). Бетонные ленты особенно удобны для установки
станков автоматической линии.
Одиночный фундамент выполняют с размерами в плане в соответст-

Рис. 183. Фундаменты под станки:
а - пол цеха (общая плита); б - ленточный (поперечное сечение ленты); в - обыч-
ный; г — свайный; д - на резиновых ковриках; е — на пружинах
вии с габаритами опорной поверхности станины. Высота фундамента Н
для вертикально- и радиально-сверлильных, поперечно-строгальных и дол-
бежных станков должна быть 0,6...1,4 м. Для других станков Н = К
где L - длина фундамента, м; К = 0,3...0,6 (зависит от типа станка).
Для многоцелевых станков и станков с ПУ Н следует увеличивать
на 20 %. Для прецизионных станков высота фундаментного блока долж-
на быть не менее 1 м и такая, чтобы масса блока в 2...3 раза (иногда в
4...5 раз) превосходила массу станка (проверяется расчетом параметров
виброизоляции — см. книгу [15]). Применяют также общие (групповые)
фундаменты.
Среднее статическое давление фундамента на естественное основа-
ние проверяют в соответствии со строительными нормами и правилами
(СНиП П-15-74).
Фундамент изготовляют из бетона, бутобетона, железобетона (арми-
руют стальной сеткой). Фундаменты на естественном основании обладают J
виброизоляционными свойствами, в особенности, если боковые грани(
выполнены свободными (без засыпки).	*
При установке станка его положение регулируют с помощью подкла-
док, клиньев, опор и проверяют по уровню в продольном и поперечном
направлениях. Точность установки регламентируется стандартом (нор-
мами точности) на соответствующие станки. Обычным является допуск
горизонтальности 0,01...0,02 мм на 1 м длины. После установки большую
часть станков закрепляют с помощью фундаментных (анкерных) бол-
тов или посредством подливания цементного раствора под опорную
поверхность станины.
Конструкция опор должна обеспечивать удобство регулирования
положения станка при его перемещении вверх и вниз,» неизменность
установки станка по горизонтали при регулировании в вертикальной
плоскости, стопорение регулируемых элементов, самоустановку эле-1
ментов опоры относительно станины, совпадение осей фундаментного -1
болта и элемента, перемещающего станину. Станину перемещают не толь-
ко с помощью простейших подкладок и клиньев, но также винтом
непосредственно (рис. 184, a, б, в) или через клиновой механизм
260

(рис. 184, г, д'). Клиновая опора упрощенной конструкции (см.рис. 184,г)
не соответствует перечисленным требованиям. Клиновая опора повышен-
ной жесткости (и сложности) (рис. 184, д) удовлетворяет всем требова-
ниям. Это достигнуто двусторонним креплением винта в корпусной
части, отсутствием соприкосновения между станиной и горизонтально
движущимся клином, надежным самоторможением клинового соедине-
ния, наличием сферической шайбы, а также паза в середине опоры, через
который можно пропустить фундаментный болт.
Винтовые домкраты (см. рис. 184, а) подводят под станины, не
требующие крепления. Виброизолирующие опоры (см. рис. 184, б) прик-
реплены к станине, но свободно стоят на фундаменте. Винтовая опора
(см. рис. 184, в) имеет высокую жесткость благодаря соосному располо-
жению полого застопоренного регулировочного винта и фундаментного
болта. Последний может быть съемным, но чаще выполняется глухим
(заливным) и отгибается (см. рис. 184, в) или связан с анкерной плитой
(рм. рис. 184, д).
Установка станков бывает жесткой (без упругих элементов) и упру-
гой (с виброизолирующими опорами или фундаментами). Упругие опоры
(см. рис. 184, б) допустимы для станков средних размеров с жесткими
станинами (при l/h < 5), не имеющих мощных внутренних источников
возмущений. Такие опоры служат единственным средством виброизоля-
ции станков, устанавливаемых на перекрытиях; они достаточно дешевы,
их применение сокращает время установки станков.
Фундаменты на пружинах (рис. 183, е) являются наиболее эффектив-
ным, но и наиболее дорогим средством виброизоляции, которое при-
меняется для особо точных станков.
261

§78	. СМАЗЫВАНИЕ СТАНКОВ
Правильное смазывание увеличивает долговечность станка, плавность
и бесшумность работы механизмов, КПД приводов.
В руководстве по эксплуатации станка или АЛ приведена схема
расположения точек смазывания и карта смазывания, в которой перечис-
лены элементы системы смазывания, способ и периодичность их обслу-
живания, марка и нормы расхода смазочного материала.
В станках для смазывания применяют жидкие минеральные масла
и реже пластичные смазочные материалы. Важнейшей характеристикой
масла является вязкость. Чем выше скорость в подвижном соединении
и меньше удельная нагрузка, тем меньше должна быть вязкость.
Различают следующие системы смазывания: индивидуальные с неза-
висимым подводом масла к каждой точке, централизованные с подводом
масла от одного источника к группе точек, (комбинированные). Смазы-
вание может быть непрерывным, периодическим, циркуляционным,
ресурсным.
Неответственные опоры, направляющие смазывают с помощью масле-
нок (с резервуаром или питающихся от шприца). Простым и распростра-
ненным способом смазывания коробок скоростей является разбрызги-
вание масла зубчатыми колесами, а в коробках подач — погружение
колес в масляную ванну. Централизованная циркуляционная система
смазывания от насоса обеспечивает непрерывную и равномерную подачу
масла, незначительные его потери, фильтрацию, хороший теплоотвод.
Эффективной, но дорогой является система смазывания быстроходных
шпинделей специально образуемым масляным туманом. Наиболее совер-
шенно дозированное смазывание, производимое периодически задан-
ным количеством смазочного материала.
§79	. ПРИЕМНЫЕ ИСПЫТАНИЯ СТАНКОВ
Приемные испытания являются основным видом испытаний станков.
Они состоят из нескольких этапов.
Испытание на холостом ходу и проверка паспортных данных. Испы-
тание начинают включением низшей скорости главного движения. Затем
устанавливают другие ступени скорости, включают подачу и ускоренный
ход. При оговоренной техническими условиями частоте вращения шпин-
деля станок должен непрерывно работать не менее 1,5 ...2 ч, причем уста-
новившаяся избыточная температура нагрева шпиндельных опор не долж-
на превышать 50 °C для станков класса Н.
Проверяют фиксацию рукояток и усилия на них,»безотказность
блокировок, действие системы смазывания, охлаждения, гидро- и электро-
оборудования, уровень шума, наибольшую мощность холостого хода
главного привода. Определяют основные параметры и размеры станка.
Испытание под нагрузкой и в работе. При этом испытании проверяют
наибольшие силы резания (с кратковременной перегрузкой на 25 %),
наибольшие мощность и крутящий момент, убеждаются в безотказности
262

Рис. 185. Схема проверки биения
шпинделя:
а - радиального; б - осевого;
1 - центрирующей шейки под
патрон; 2 - конического отвер-
стия, проверяемого у торца; 3 -
то же, на длине £; 4 - опорного
буртика; 5 - оси шпинделя
действия под нагрузкой всех механизмов и систем, предохранительных
устройств и тормозов. При рекомендуемых режимах в станке не должно
быть вибраций, из-за которых может выкрашиваться режущая кромка
инструмента или получаться дробленая поверхность обработки.
Проверка точности станка. У всех станков проверяют геометричес-
кую точность, в частности, точность вращения шпинделей (радиальное
и осевое биение — рис. 185). У зубо- и резьбообрабатывающих станков
проверяют кинематическую точность. Для этого кинематомером контро-
лируют согласованность движений (постоянство отношения скоростей)
конечных звеньев винторезной или другой цепи. Предусмотрена ком-
плексная проверка станка на точность обработки.
Испытания на жесткость и виброустойчивость. Нормы жесткости
для каждого типа станка предусматривают определенную схему, соглас-
но которой с помощью специального динамометрического устройства
создается нагрузка между держателем инструмента и деталью приспособ-
ления, заменяющей заготовку. В определенных точках измеряют относи-
тельные смещения узлов под действием нагрузки. Регламентированы
направление и максимальное значение Р нагружающей силы, а также
предельные значения деформаций^. Жесткость/ = P/у (Н/мкм) .
Наиболее простой метод испытания станка на виброустойчивость —
определение предельной стружки, т. е. наибольшей ширины (глубины)
среза, при которой обработка происходит без заметных вибраций. Мо-
мент интенсивного роста вибраций определяют по характерному звуку,
виду стружки, появлению надробленности (видимой волнистости) на
обработанной поверхности. Испытание проводят, меняя скорость главно-
го движения резания, подачу, способ базирования обрабатываемой заго-
товки (в центрах, в патроне и т. п.).
При испытании электрооборудования проверяют прочность и сопро-
тивление изоляции электрических цепей, температуру элементов и т. д.
§80. ПАСПОРТ СТАНКА
И РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ
Паспорт является основным документом, который передается вместе
со станком заводом-изготовителем потребителю и содержит техничес-
кие данные и характеристики, необходимые для эксплуатации станка,
сведения о его комплектации. В паспорте приведены основные размеры
станка, перемещения и скорости рабочих органов, характеристики элект-
родвигателей и другие данные, установочный чертеж станка.
263

Паспорта станков необходимы технологам при планировке цеха,
для разработки технологических процессов, при назначении режимов
обработки и проектирования оснастки. Паспорт используется механика-
ми при установке, эксплуатации и модернизации станка.
Паспорт входит в руководство по эксплуатации, которое содержит,
кроме того, описание устройства станка, схему размещения органов
управления, спецификацию зубчатых колес, схему расположения и перет
чень подшипников качения, описание порядка установки, пуска, наладки,
'регулирования, смазки станка.
В руководстве по эксплуатации автоматической линии должны быть
также операционный чертеж обрабатываемой детали, технологическая
схема, циклограмма работы линии, схемы обработки.
Вопросы для самопроверки
1.	Как располагают тросы при зачаливании станка?
2.	Перечислить типы фундаментов и опор для станков.
3.	Как испытывают станки на жесткость?
РАЗДЕЛЗ
КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ
СТАНКОВ И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
ГЛАВА 20.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ СТАНКОВ
§81	. СОДЕРЖАНИЕ
И ОБЩАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Чертежи и другая конструкторская документация являются резуль-
татом проектирования изделия — станка или автоматической линии.
Конструирование — главная составная часть проектирования изделия.
В процессе конструирования разрабатывают собственно конструкцию
изделия, т. е. совокупность деталей, необходимую для выполнения изде-
лием его функций. Результат конструирования отражается в чертежах
в виде формы, размеров, расположения деталей, технических требова-
ний и т. п. Проектирование дополнительно включает проведение расче-
тов, контроль правильности чертежей, составление спецификаций, и опи-
саний и т.д.
Установлены следующие основные этапы проектирования:
1)	разработка технического предложения, в котором конструктор
обосновывает главные особенности проектируемого' изделйя (базовая
модель или прототип, кинематическая структура, компоновка, система
управления, основные характеристики, в том числе предполагаемые
габаритные размеры, масса и т.д.);
264

2)	разработка эскизного проекта, который включает чертежи узлов
с принципиальными новыми конструктивными решениями, раскрывает
в общих чертах устройство изделия и принцип его действия;
3)	разработка технического проекта, который содержит окончатель-
ные технические решения; общие виды узлов должны быть готовы для
деталирования, чертежи и другая документация должны давать полное
представление об изделии;
4)	разработка рабочего проекта, который должен содержать всю
документацию, необходимую для изготовления изделия (рабочие чер-
тежи всех деталей и узлов, кинематическую, электрическую и другие
схемы, спецификации и ведомости, руководство по обслуживанию стан-
ка и др.).
В некоторых случаях, например при проектировании специальных
станков, ограничиваются лишь частью перечисленных этапов (разработ-
ка технического и рабочего проектов) .
Конструирование опирается на технические расчеты. Рассчитывают
и исходные данные (например, число ступеней скорости привода), и
размеры элементов конструкции (например, диаметры валов). Расчеты
позволяют определить размеры, подтвердить их правильность или уточ-
нить. Иногда результаты расчетов вынуждают отказываться от перво-
начального варианта конструкции, определяют направления дальней-
шего поиска.
Проектирование часто связано с решением качественно новых задач,
с внедрением последних достижений науки. Приходится конструировать,
не имея прототипов, освоенных методик расчетов, полного представления
об особенностях работы механизмов и т. п. В этих условиях конструиро-
вание сопровождается научно-исследовательскими работами ~ теорети-
ческими и экспериментальными. В порядке подготовки к проектирова-
нию исследуют существующие изделия, выявляют их слабые места и
причины недостатков, намечают пути совершенствования, отрабатывают
режимы резания.
Для принятия окончательного решения о целесообразности новой
конструкции, для выбора оптимального варианта надо подсчитать их
экономическую эффективность. Установив одну более дорогую авто-
матическую линию, которая по производительности превосходит две
другие линии, можно получить экономический эффект и путем сниже-
ния себестоимости продукции и путем экономии площади цеха.
Себестоимость изделия зависит не только от сложности, но и от
технологичности конструкции. Под технологичностью понимают свойство
конструкции, позволяющее изготовить изделие с возможно меньшими
затратами труда. Обычно, чем сложнее конструкция, тем она менее тех-
нологична. Но так бывает не всегда.
Например, вариант на рис. 186, а нетехнологичен, так как необходима
обработка стенки корпуса с внутренней стороны и неудобна сборка
внутри корпуса. В варианте на рис. 186, б оба недостатка устранены
введением фланца 1. Его посадочный диаметр d достаточно велик и позво-
ляет вводить в корпус валик вместе со всеми расположенными на нем
деталями.
265

Рис. 186. Пример улучшения технологичности конструкции
Оценка технологичности зависит от типа производства (единичное,
серийное или массовое) и от наличия на заводе-изготовителе конкрет-
ного оборудования. Так, при достаточном объеме выпуска и при наличии
пресса контур плоской детали (рис. 187, а) можно образовать штампов-
кой. Та же форма легко получается при фрезеровании на станке с ЧПУ.
Если же деталь будут изготовлять на обычном вертикально-фрезерном
станке, то гораздо технологичнее форма по рис. 187, б.	z
Для повышения качества станков и эффективности их производства
важное значение имеют стандартизация и унификация. В их основе -
установление единообразия размеров и других особенностей изделця,
требований к ним. Например, стандартизованы (т. е. установлены опре-
деленными) основные размеры универсальных станков, формы и раз-
меры концов шпинделей, точность вращения шпинделей.
Под унификацией понимают одинаковость элементов, параметров,
других особенностей различных изделий. В одних случаях могут быть
одинаковыми лишь формы деталей, в других случаях — их размеры,
целый узел станка или отдельная деталь. Агрегатные станки состоят
преимущественно из унифицированных узлов и деталей. Унифициро-
ваться могут как стандартные, так и оригинальные элементы. В целях
унификации стараются создавать гаммы станков. В гамме одна модель
(иногда две-три) — базовая, другие — являются ее модификациями. Мо-
дификации различаются размерами, степенью автоматизации, классом
точности и другими особенностями.
Стандартизация обеспечивает взаимозаменяемость деталей и изделий,
позволяет (так же, как и унификация) ограничиваться в процессе произ-
водства меньшим числом размеров режущего и мерительного инстру-
f
Рис. 187. К оценке технологичности с
учетом конкретных условий производ-
ства
266

мента, повышает серийность и качество выпускаемой продукции, сни-
жает затраты труда при проектировании и изготовлении изделий, облег-
чает эксплуатацию.
§82	. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
От полноты подготовительной работы конструктора во многом
зависит качество проекта. Экономия времени путем чрезмерного сокра-
щения подготовки может привести к крупным просчетам, когда в даль-
нейшем будут приниматься конструктивные решения. Задача может
оказаться выполненной, но принятые решения будут недостаточно ра-
циональными.
Подготовительная работа начинается с анализа задания. При этом
недостаточно понять назначение проектируемого станка (узла) и обра-
тить внимание на его указанные характеристики. Необходимо подойти
к заданию критически, оценив предварительно целесообразность каждой
характеристики, полноту сведений в задании. Для проектирования необ-
ходимо знание таких исходных данных и основных требований к станку,
как определяющие размеры, силовая характеристика, скорости, точ-
ность, объем выпуска (серийность), предполагаемые условия эксплуата-
ции и др. Часть этих сведений может содержаться в задании, часть будет
найдена при проектировании, а некоторые потребуют дополнительного
выяснения у заказчика или при знакомстве с аналогичными существую-
щими образцами.
Знакомство с прототипом или аналогами возможно по их чертежам,
описанию в технической литературе, по патентным материалам, а также
в натуральном биде. Конструктор должен проанализировать и сравнить
существующие конструкции. Для этого необходимо выявить особенности
станков (узлов) и оценить эти особенности, т. е. ответить на вопрос,
каковы их достоинства и недостатки. Следует иметь в виду, что в раз-
личных условиях одна и та же конструкция может обладать различными
свойствами. Например, гидродинамические опоры при сравнительно
малых частотах вращения отличаются пониженной нагрузочной способ-
ностью, а при высоких частотах вращения большая нагрузочная способ-
ность сочетается с большими потерями на трение, с повышенным нагревом.
В узлах следует обращать внимание на типы подвижных соединений
(со скольжением или с качением, гидродинамические или гидростати-
ческие), на способы регулирования зазоров или создания предваритель-
ного натяга, на тип источника движения (электро- или гидродвигатель),
на систему смазывания и т. д.
Иногда мало или даже не существует станков (узлов), подобных
проектируемому. Тогда можно сравнивать отдельные части существую-
щих конструкций, которые предполагается разрабатывать в проекте.
Такой частью в станке может быть, например, шлифовальная бабка или
механизм деления, а в узле — механизм переключения муфты или уст-
ройство для натяжения ремня. При этом важно учесть сходство назначе-
267

ния проектируемого и других узлов (или их частей) и условий его работы.
Конструктор должен иметь полное представление о технологических
возможностях завода-изготовителя, о его оборудовании. До начала кон-
струирования необходимо ясно представить окрестности: пространство,
окружающее станок (узел), в котором должна разместиться создавае-
мая конструкция, определить взаимосвязи конструируемого объекта
с соседними частями.
В результате подготовительной работы выявляют существующие
конструктивные решения, которые целесообразно применить полностью
или частично. Кроме того, намечают направления совершенствования
существующих конструкций, во избежание их недостатков.
§83	. МЕТОДИКА КОНСТРУИРОВАНИЯ
Начало и очередность. В процессе подготовительной работы и при
последующих расчетах возникает основной замысел и определяются глав-
ные параметры конструкции, ее технические характеристики. Под основ-
ным замыслом подразумевается структурная схема (исполнительные
звенья и их движения), выбор прототипа, ориентировочные наметки
в самом общем виде кинематической схемы и компоновки или их важ-
нейших частей.
В дальнейшем подробно, с учетом параметров движений и размеров
разрабатывают кинематическую схему и компоновку станка. Схема и
компоновка частично независимы, частично взаимосвязаны. Изменение
компоновки, например замена вертикальной оси револьверной головки
горизонтальной, может потребовать изменений в зубчатых передачах
привода поворота головки (введение конической передачи). От двига-
теля, вынесенного со станка, движение передается чаще всего через ремен-
ную передачу, а от фланцевого двигателя — через муфту или зубчатую
передачу. Но и проработка кинематической схемы может повлиять на
компоновку. Так, при большом числе передач в коробке скоростей
может оказаться целесообразным разделенный привод, а введение гита-
ры сменных колес связано с расположением ее в зоне, удобной для обслу-
живания. Учитывая сказанное, кинематическую схему и компоновку
разрабатывают иногда последовательно, а иногда параллельно, по частям.
Затем разрабатывают конструкцию станка, узлов, деталей. Очеред-
ность проектирования узлов (или их частей) различна. Некоторые узлы
(или их части) можно разрабатывать независимо друг от друга, другие —
в строгой очередности.
При первоначальной проработке конструктивного решения без масш-
таба стараются идти от общего к частному, от крупных к мелким узлам
или их частям. Это необходимо, чтобы сначала были решены главные
вопросы: выбор рациональной силовой схемы, основных форм составных
частей, их компактного взаимного расположения.	f
При конструировании в масштабе обычно переходят от меньших к
более крупным частям станка или узла. Так, в круглошлифовальном
станке стол можно разрабатывать лишь после того, как наметились соот-
ветствующие части передней и задней бабок, а станину — после стола
268

и шлифовальной бабки. Конструирование корпуса можно завершать
после того, как разработаны механизмы, содержащиеся в нем. Если
приходится начинать с меньших частей, не имея ясной общей картины,
то ее намечают мысленно как предположительную.
Виды работы при конструировании узла. Если нет прототипа узла
и он не показан на разработанной кинематической схеме станка, то надо
начинать с выбора принципа действия.
Под принципом действия понимают физическую природу устройства
(механическую, электрическую, гидравлическую, пневматическую, маг-
нитную, комбинированную и др.). Например, принцип действия может
быть основан на использовании явлений гидростатики, магнитострикции.
Затем формируется основной замысел. Для узла это общая техни-
ческая идея устройства, включающая выбор вида движения, способа
базирования, последнего звена в приводе, источника движения и т. д.
Причем часть этих моментов может быть оговорена в задании или выяс-
нена при разработке кинематической схемы станка. В основном замысле
уже могут намечаться элементы кинематической схемы и компоновки
данного узла, например основные звенья, еще не соединенные между
собой определенным образом. Подробность основного замысла зависит
от самой технической задачи, сроков ее решения, индивидуальности
конструктора и т. д.
Рассмотрим, например, различные основные замыслы механизма для
радиального перемещения шлифовального круга. По рис. 188, а кругу 1
сообщается поступательное движение относительно заготовки 2, причем
верхний корпус 11 шлифовальной бабки связан с нижним корпусом 4
плоскими пружинами 3 и 10. Последнее звено в приводе — кулачок 5,
получающий движение от гидравлического плунжера — рейки 9 через
реечное зубчатое колесо 8, собачку 6 и храповое колесо 7.
На рис. 188, б показан пример, в котором ось круга 1, двигаясь
Рис. 188. Основные замыслы при конструирова-
нии устройства для радиального перемещения
круга:
а, б - подробно; в, г — без подробностей; в: 1 —
круг; 2 - заготовка; 3,5- пружины; 4 - ниж-
ний корпус; 5 - верхний Корпус; г:1 - круг;
2 - заготовка; 3 - ось конуса; 4 - нижний кор-
пус; 5 - верхний корпус
269

вокруг оси 3, перемещается почти в радиальном направлении относитель-
но заготовки 2 (длина дуги невелика по сравнению с расстоянием а между
осями). Верхняя часть 7 шлифовальной бабки базируется в конусах с
осью 3, а поворачивается относительно нижнего конуса 4 от шагового
двигателя 6 с помощью передачи винт—гайка 5. Рассмотренные основные
замыслы на рис. 188, а, б проработаны подробно, но они могут быть
ограничены лишь выбором вида движения (поступательное или качатель-
ное) и способа базирования верхней части шлифовальной бабки относи-
тельно нижней ее части (рис. 188, в, г) .
После выбора принципа действия разрабатывают кинематическую
схему (рис. 189, а) и выбирают число заходов червяка, число зубьев z2
колеса и шаг Р винта. Далее следует проработка конструктивного реше-
ния без масштаба — набросок конструктивных элементов от руки. Это
решение может охватывать отдельные, неясные до того, части разраба-
тываемого узла (рис. 189, б).
Следующий вид работы — конструирование в масштабе. Оно не сво-
дится к перечерчиванию начисто безмасштабного решения. И схема и
решение без масштаба могут быть неполными, без подробностей. Кон-
струирование в масштабе показывает, если и не во всех подробностях,
но каждую деталь. Кроме того, при реализации предварительных замыс-
лов в масштабе могут возникнуть трудности, которые требуют творчес-
кой работы, вплоть до пересмотра прежних решений, касающихся даже
схемы. Разработка в масштабе должна начинаться с вычерчивания прост-
ранства, окружающего проектируемое устройство. Вычерчиваться должны
все конструкционные подробности, включая, например, выступающие
головки винтов, которые, на первый взгляд, не имеют значения.
Выбор принципа действия, проработка конструктивного решения
без масштаба и конструирование в масштабе могут выполняться на ста-
диях эскизного и технического проектов.
Особенности конструирования деталей в узле. Важнейший вопрос,
который часто решается лишь при конструировании в масштабе, — кай
обеспечить необходимое число степеней свободы каждой детали и необ-
ходимое взаимное расположение деталей. Из шести возможных степеней
Рис. 189. Привод к устройству на рис. 188,6:
а - кинематическая схема; б - конструктивное решение (без масштаба)
270

свободы (возможность перемещаться вдоль каждой из трех координат-
ных осей и поворачиваться вокруг каждой из этих осей) у подвижных
деталей сохраняют чаще всего лишь одну степень свободы (прямолиней-
ное или вращательное движение). У неподвижных же деталей не должно
быть ни одной степени свободы. Сказанное относится к взаимной подвиж-
ности двух сопряженных деталей.
Чтобы ограничить подвижность деталей и обеспечить определенное
расположение их в узле, на них создают конструкторские базы. Если
базой является плоскость, то число степеней свободы детали уменьшается
на три. При цилиндрической базовой поверхности число степеней свободы
уменьшается на четыре. Сказанное справедливо, если база достаточно
протяженна. При малой протяженности плоскость (например, заплечик
вала) уменьшает число степеней свободы детали лишь на одну, а цилинд-
рическая поверхность — на две. Для повышения точности базирования
иногда приходится вводить ’’избыточные” базы, учитывающие реальные,
а не только геометрические свойства деталей, например, сочетают конусА*
с плоскостью Я (рис. 190).
Чтобы исключить отрыв от плоской базы или дополнительно (иногда
благодаря трению) лишить деталь некоторых степеней свободы, предус-
матривают на детали элементы для закрепления (отверстия для кре-
пежных винтов во фланцах, резьбы на валах и т. п.) .
Главными элементами детали являются исполнительные элементы:
венец зубчатого колеса, шейка вала, служащая для базирования зубча-
того колеса. (Если рассматривают соединение колеса с валом, то поса-
дочное отверстие колеса называют основной базой, а соответствующую
шейку вала — вспомогательной базой, но для вала эта шейка — исполни-
тельный элемент.). Исполнительные элементы обеспечивают выполнение
деталью ее служебного назначения.
Прочие (вспомогательные) элементы детали служат для связи испол-
нительных, базирующих и крепежных элементов, а также для технологи-
ческих целей, для уменьшения массы и т. д. Иногда один и тот же элемент
детали является и исполнительным, и базирующим, и крепежным (кони-
ческая резьба пробок, закрывающих каналы с маслом) .
При конструировании следует
тщательно распределять функции
между деталями и их элементами.
Функции желательно концентриро-
вать, возлагая их на меньшее число
деталей (элементов). Например, на
рис. 188, а деталь 9 выполняет функ-
ции плунжера и рейки. Часто необходи-
Рис. 190. Базирование по конусу и
торцу
271

мо рассредоточивать функции между большим числом деталей (элементов)
с точки зрения технологичности, удобства ремонта, рационального выбора
материалов и способа термообработки и т.д. Так, блок зубчатых колес мож-
но сделать сборным, чтобы избежать зубодолбления меньшего венца и обес-
печить возможность его шлифования после закалки; при этом рациональнее
форма заготовок при большой разнице диаметров зубчатых венцов.
При конструировании строят изображения в отдельных плоскостях,
но необходимо иметь пространственное представление о деталях и их
элементах, а также об изменениях их расположения в пространстве при
сборке и эксплуатации. О валах и других деталях типа тел вращения
можно судить по одной проекции (в продольном сечении), за исключе-
нием некоторых подробностей. Однако при рассмотрении многоваловых
коробок передач приходится сопоставлять развертку и свертку во избе-
жание сталкивания зубчатых венцов с валами других передач или под-
шипников несмежных валов.
Особенно внимательно надо прорабатывать некруглые наклонные
подвижные детали, например рычаг управления скользящим блоком зуб-
чатых колес (рис. 191). На рис. 191, а изображение рычага в его край-
них положениях накладывается на один из зубчатых венцов блока. На
рис. 191, в показано, что при прямом рычаге столкновение возможно
лишь с большим зубчатым колесом. Совместное рассмотрение проек-
ций позволяет правильно найти необходимый изгиб рычага (рис. 191, б).
Конструирование требует хорошего знания видов, марок и свойств
материалов для изготовления деталей. Выбор материалов и термообра-
ботки зависит от требуемой прочности, износостойкости, особенностей тех-
нологии изготовления, в том числе связанных с формой заготовки и
обрабатываемостью материала.
В станкостроении используют преимущественно металлы, в первую
очередь чугуны (чаще всего марок СЧ 15, СЧ 20, иногда модифицирован-
ные, например, СЧ 30) и стали (конструкционные углеродистые — напри-
мер, марок 45, 65Г, легированные — 20Х, 40Х, 12ХНЗА и др.). Чугун
обладает хорошими литейными свойствами, но хрупок. Его используют
Рис. 191. Увязка взаимного расположения частей механизма
272

при изготовлении корпусных и других литых деталей. Сталь более проч-
на, выдерживает ударную нагрузку, но литейные свойства у нее ниже.
Сталь применяют для изготовления сварных и штампованных деталей,
а также деталей, получаемых из круглого, полосового и другого проката.
Для увеличения прочности и твердости детали подвергают термообра-
ботке, в том числе закалке. Особенно высокой твердостью закаленной
поверхности при вязкой сердцевине отличаются цементуемые (например,
15, 20Х, 12ХНЗА) и азотируемые (38ХМЮА и др.) стали.
Сплавы цветных металлов, например бронзы БрАЖ9-4, БрОЦС-6-6-3
(в особо ответственных случаях БрОФЮ-0,5), применяют для изготовле-
ния ходовых гаек, венцов червячных колес, вкладышей подшипников
скольжения. Это связано с их хорошими эксплуатационными качества-
ми, антифрикционными, антикоррозийными и технологическими свой-
ствами (легко отливаются и обрабатываются резанием) .
Снижение трудоемкости изготовления детали и большую экономию
металлов дает замена их пластмассой. При этом в ряде случаев снижается
шум (например, быстроходные слабонагруженные зубчатые колеса де-
лают из полиамида), предотвращаются задиры поверхности при движе-
нии (направляющие скольжения из текстолита) .
Указанные особенности конструирования деталей в узле определяют
в конечном итоге их форму, размеры, требования к точности.
Общие особенности конструирования. Конструкторские задачи отли-
чаются от строго поставленных математических или физических задач
неоднозначностью ответа. Практически конструирование на любом этапе
сопровождается проработкой вариантов (рис. 192) . Варианты в последую-
щей конструкторской работе намечаются после того, как выбран один
из нескольких возможных вариантов на предыдущем этапе. Пусть при
проработке конструктивного решения без масштаба выбран предпочти-
тельный подвариант, например 2/2. Для этого подварианта разрабатывают
несколько вариантов при конструировании в масштабе (на рис. 192 -
три варианта).
На рис. 193 показаны варианты крышек, возможные при конструи-
ровании в масштабе. Если пространство для фланца левой крышки на
рис. 193, а не ограничено соседними деталями, то наружный диаметр флан-
ца может быть выбран различным, но не любым. Размер тх недостаточен
для размещения крепежного винта, размер т2 избыточен, а значит нежела-
телен из-за неоправданного завышения металлоемкости. Оптимальный
размер mQ зависит от размеров nlt d, D и п2 и соответствует принципу
необходимости и достаточности.
Если две крышки размещены рядом и размер К мал, то приходится
их срезать (рис. Г93, а и б). При этом следует решить, какую крышку
срезать — меньшую или большую, или обе.
Желательно срезать одну из крышек, причем меньшую, так как мень-
ше длина срезаемого участка. При этом надо убедиться, что оставшейся
части фланца достаточно для размещения крепежных винтов, иначе надо
срезать все-таки большую крышку.
На рис. 193, б размер К таков, что нужно уменьшить лишь один из
фланцев. Если один из них должен быть и без того срезан из других сооб-
273

274

к
а)
Рис. 193. Варианты конструкции крышек для крепления подшипников
ражений (размер т5), то на нем же (хотя он и больше) делается срез
для получения размера т2 = К -	- s. Для производства выгоднее
фрезеровать 2 раза одну крышку, чем по одному разу обе крышки.
Если среза до размера т5 нет, надо срезать меньший из фланцев, как было
указано выше. При этом размер тА = К — т3 — s не должен быть меньше
wmin (например, из условия уплотнения стыка). В противном случае
придется срезать все-таки больший фланец.
Если размер К настолько мал, что требуетря срезать обе крышки,
то при одинаковых диаметрах срезают обе крышки одинаково: т3 —
= т4 = (К - s)/2. При различных диаметрах следует срезать меньшую
крышку насколько возможно (т3 = wmin), а с большей срезать осталь-
ное: т4 = К — т3 - s.
275

Если срезание фланцев приводит к недостатку места для крепежных
винтов или ухудшает внешний вид узла, можно крышки объединить
(рис. 193, в) . При крайней ограниченности пространства в осевом направ-
лении можно убрать кольца и сделать выточки в крышке (рис. 193, г).
Конструкция по рис. 193, д недопустима из-за нетехнологичности коль-
цевых выступов.
Рассмотренный пример конструирования крышек показывает, что
не обязательно разрабатывается каждая деталь в отдельности, поочередно.
Часто одновременно разрабатывается совокупность элементов, принад-
лежащих различным деталям — взаимодействующим или соседним.
Вариантность и принятие оптимального решения свойственны любому
виду конструкторской работы. Так, при составлении рабочих чертежей
есть варианты числа и расположения проекций, простановки размеров и т.д.
Конструирование постоянно связано с поисками и перебором вариан-
тов, пробами и прикидками, сопоставлением вариантов решений. При
этом каждый вариант рассматривают исходя из требований задания, с
учетом различных критериев работоспособности, с точки зрения требова-
ний эксплуатации и производства.
В большинстве случаев повышение производительности, точности,
долговечности и других эксплуатационных показателей ведет к усложне-
нию конструкции и увеличению трудоемкости изготовления. Например,
увеличение числа ступеней скорости привода главного движения в пре-
делах заданного диапазона способствует приближению к оптимальным
режимам обработки, но увеличивает число переключаемых передач,
усложняет управление ими.
Эффективнее всего разрешение противоречий между требованиями
путем поиска оригинальных решений на уровне изобретений. Новаторские
решения могут сопровождаться улучшением некоторых показателей
качества изделия без снижения других показателей.
Однако обычно приходится рассматривать компромиссные варианты
при определении параметров изделия и отдельных элементов, чтобы с наи-
большей пользой распределить пространство, отводимое для конструкции.
Приходится выделять из всех требований наиболее важные и им в пер-
вую очередь подчинять конструктивные решения, хотя это идет в ущерб
менее существенным требованиям. Для выбора оптимального варианта
проводят расчеты экономической эффективности.
Найти разнообразные варианты и правильно разрешить противоречия,
возникающие при выборе оптимального варианта, помогает системный
подход. Он заключается в комплексном учете различных факторов,
выявлении взаимосвязей и роли частей объекта, а также требований к
нему. Отдельные части надо оценивать по их влиянию на качество всего
объекта, который рассматривается как система.
Конструируемый объект рассматривают с разных точек зрения.
Рассмотрение геометрических и кинематических особенностей объекта
дает представление о теоретически правильных формах деталей, об их
движениях при условном отсутствии сил. Цри этом должно быть ясно
назначение деталей и их элементов. Необходимо проследить, чтобы под- |
вижные и неподвижные детали не соприкасались без необходимости. ]
276	1

При рассмотрении силового взаимодействия деталей выясняют, ка-
кие силы действуют, в каком месте и в каком направлении они прило-
жены, через какие детали и поверхности передаются, каков результат
их воздействия.
Рассмотрим зубчатую передачу (рис. 194, а), в которой одно коле-
со (6) передвигается по валу (входит в состав блока), другое (7) —
закреплено на валу неподвижно.
Сила, которую надо приложить к подвижному колесу для его вклю-
чения, складывается из силы трения между колесом и валом и силы
трения между сцепляемыми зубьями. При входе в зацепление закруглен-
ные торцы зубьев могут упираться друг в друга, что вызывает увеличе-
ние силы. Если вал вертикален, то при подъеме передвижного колеса
преодолевается сила тяжести.
Из всех составляющих силы лишь первая воздействует на вал 4 пе-
редвижного колеса, вторая же и третья - воспринимаются валом 5 непод-
вижного колеса. Суммарная сила передается через вилку и другие детали
механизма переключения.
Рассмотрим связь между конструкцией опор и действующими силами.
Обе опоры вала 4 передвижного колеса в осевом направлении с любой
Рис. 194. Осевая фиксация заготовок с учетом действующих сил
277

стороны могут быть закреплены на валу, а одна из опор —ив корпусе
пружинными кольцами. Такое крепление предотвращает случайные сме-
щения (например, при транспортировании) и позволяет воспринимать
незначительные силы; оно технологично при механической обработке
и сборке. Так же можно закрепить на валу 5 неподвижного колеса один
из подшипников (на рисунке - правый). Эта опора — плавающая, она
удерживает вал лишь в радиальном направлении. Вдоль оси не вал удер-
живается подшипником, а подшипник валом. Левая опора фиксирует
вал в осевом направлении и при переключении воспринимает и передает
на корпус силу, и поэтому крепление и на валу и в корпусе должно быть
более прочным, надежным (буртик стакана, гайка). Силы, которые
могут действовать на левое неподвижное зубчатое колесо 7 вдоль оси
вправо и влево, различны. Поэтому различны конструктивные средства,
использованные для ограничения колеса на.валу в обе стороны (уступ
вала, пружинное кольцо).
Начинающий конструктор должен специально проследить так назы-
ваемый поток сил. Например, сила, действующая при включении на правое
неподвижное колесо 8, передается вправо через штифт 9, вал 5, гайку 1,
детали подшипника, стакан 2 на корпус.
Крутящий момент передается с колеса 7 на колесо 3 через шпонки
и участок вала между ними. Это показывает, почему нельзя делать шейки
для подшипников того же диаметра, что и диаметр, полученный при пред-
варительном расчете вала. Такой расчет учитывает допустимый угол
закручивания вала, а шейки под подшипники при расположении колес
по рисунку не скручиваются. Из эпюры изгибающих моментов следует,
что и они на участках опорных шеек близки к нулю. Если у вала 5 слева
сделать плавающую опору, а справа — фиксированную, то можно заменить
нетехнологичное крепление штифтом креплением ее с помощью втулки
и пружинного кольца (рис. 194, б).
Своевременный учет наличия и значения сил позволяет выбрать
правильное направление конструирования. Если блок передвижных
колес находится на вертикальном валу, необходимо предусмотреть более
надежную фиксацию его во включенном положении. Если масса такого
блока значительна, следует ввести между ним и вилкой упорный под-
шипник. Следует обязательно принимать во внимание силы инерции и
трения.
Изменение значения силы надо учитывать, чтобы определить ее мак-
симум и предусмотреть влияние на объект, которое может проявляться
в деформировании, вибрации, изнашивании.
Важное значение имеет знание особенностей взаимодействия реаль-
ных деталей, имеющих погрешности и податливость, как при работе,
так и в процессе обработки, сборки. Например, выбор длйны ступицы
и посадки определяет правильность базирования зубчатого колеса на
валу, а следовательно, его эксплуатационные показатели: кинематичес-
кую точность, бесшумность, износостойкость. Другой пример: вал в
узле может быть нагружен незначительно, но для достаточной жесткости
при обработке диаметр этого вала не должен быть слишком малым.
Варианты на рис. 195, а и 195, б различаются расположением отвер-
278

Рис. 195. Варианты базирования зубча-
того венца
а)
стия d, служащего для базирования червячного венца. Вариант на рис. 195,а
технологичнее, так как сквозное отверстие обрабатывать удобнее, чем
глухое. Вариант на рис. 195, б лучше с точки зрения жесткости венца
(большая часть его опирается на ступицу). Предпочтительнее конструк-
ция по рис. 195, в.
Разрабатываемое изделие рассматривают также с социально-экономи-
ческой точки зрения. Это чрезвычайно важно для изделия в целом, особен-
но если оно является сложной технической системой (например, автомати-
ческая линия). Каждое изделие создается для удовлетворения определен-
ных потребностей общества. Неправильный учет этих потребностей может
привести к тому, что изделие окажется недостаточно качественным и даже
ненужным после затрат громадного труда на проектирование и изго-
товление.
Принцип системного подхода позволяет учесть все особенности кон-
струкции и рассматривать их взаимосвязанно. Системный подход требует
комплексного использования различных наук.
Следующая особенность конструирования — возвратный характер.
От последующих видов конструкторской работы к предыдущим видам
иногда возвращаются (см. рис. 192), когда обнаружены ошибки или
найден новый вариант. Таких возвратов можно избежать, повышая ка-
чество работы, своевременно выявляя возможные варианты, не допус-
кая ошибок.
Но есть причины возврата, не зависящие от исполнителя. Даже опыт-
ный конструктор вправе выбрать некоторые элементы конструкции
сначала предварительно, провести прикидку, выполнить предварительные
(проектировочные) расчеты. В результате предварительное решение
может измениться. На уровне схемы, например, не всегда можно пол-
ностью и окончательно оценить те или иные свойства варианта. Поэтому
возврат может оказаться неизбежным из-за неудовлетворительной точ-
ности, недостаточной технологичности или других отрицательных свойств,
выявленных при использовании схемы в процессе дальнейшего конструи-
рования. Причиной возврата может быть ограниченность пространства.
Так, соблюдение некоторых основных размеров, установленных стан-
дартами, границы ранее спроектированных частей могут вызвать непрео-
долимые затруднения при реализации в масштабе некоторого перво-
начального варианта:. Тогда приходится пересматривать ранее принятые
решения.
279

§84	. РАСЧЕТЫ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ СТАНКОВ
Виды расчетов. При конструировании станков используют методы
расчетов, известные из курсов сопротивления материалов, деталей машин
и др. Однако недостаточно уметь рассчитывать отдельные разрознен-
ные детали или их элементы. Механизм, тем более станок, представляет
собой достаточно сложную систему, расчет которой включает расчеты
элементов, но не ограничивается ими. Это — одна из особенностей расчета
станков. Например, при конструировании шпиндельного узла необходимо
рассчитать характеристики самого шпинделя и его опор. Но в итоге важно
определить выходные параметры, всего узла, в частности соотношение
его размеров (межопорное расстояние и размер консоли), его показа-
тели точности.
Другая особенность расчетов связана с отличием станков от других
машин. Имеется в виду прежде всего разница в условиях работы, в
предъявляемых требованиях. Станки отличаются от приборов большими
нагрузками, от энергетических машин — переменным характером нагруз-
ки и режимов работы, от сельскохозяйственных машин — высокими
требованиями к точности. Надо учитывать и особенности конструируе-
мого станка. Так, отделочные станки отличаются малыми нагрузками
и повышенной точностью.
На разных этапах проектирования конструктор Выполняет кинема-
тические расчеты, расчеты силового взаимодействия элементов, точности
перемещений или взаимного расположения узлов, экономической эф-
фективности.
Целью расчета может быть определение некоторого размера (напри-
мер, диаметра вала), обеспечивающего соблюдение необходимого крите-
рия, например прочности. Размер при этом является функцией допускае-
мой величины (в выбранном примере эта величина — напряжение). Такой
предварительный расчет называют проектировочным. Он дает ориенти-
ровочные величины, которые затем могут изменяться в процессе кон-
струирования.
Если размер, рассчитанный предварительно, даже не менялся при
конструировании, все-таки следует провести в завершение проверочный
расчет. При этом расчете величина (например, напряжение), отражающая
критерий работоспособности (прочность), является искомой, а исходны-
ми служат выбранные параметры конструкции. В частности, при растяже-
р
нии стержня напряжение о — — , где Р — сила, Н; F— площадь попереч-
F
2
ного сечения, мм .
Критерии работоспособности перечислены в § 2. Рассмотрим кратко
сущность расчетов по различным критериям (о прочности сказано выше).
Учитывая погрешности отдельных элементов конструкции, можно
определить начальную геометрическую точность механизма ^или станка,
а также точность его кинематических цепей. Например, зная погреш-
ности подшипников качения, можно найти ожидаемое смещение конца
шпинделя при вращении (радиальное биение). Задаваясь погрешностями
280

зубчатых колес, рассчитывают рассогласование движений исполнитель-
ных звеньев (кинематическую точность).
При расчете на виброустойчивость выявляют условия, при которых
могут возникнуть недопустимо большие относительные колебания ин-
струмента и заготовки. В частности, выясняют, возможен ли резонанс.
Последний возникает, если собственная частота колебаний деталей сов-
падает с частотой изменения возмущающих сил. Повышенной сложностью
отличаются расчеты амплитудно-фазовой частотной характеристики
(АФЧХ), являющейся обобщенной характеристикой динамических
свойств станка.
Расчеты на теплостойкость (нагрев) содержат определение темпера-
туры нагрева частей станка и определение температурных деформаций
в результате нагрева. Первая часть расчетов связана с решением уравне-
ния теплового баланса. Это уравнение отражает теплообразование и тепло-
отвод, связывает количество теплоты, выделяемой различными источни-
ками, с количеством теплоты, отводимой в окружающую среду и раз-
личные части станка. При расчете температуры учитывают теплопровод-
ность, теплоемкость и другие свойства материалов. Особенно сложно
установить распределение температуры по объему станка, разницу тем-
ператур в отдельных его точках.
Изменение некоторого размера Н при изменении общей температуры
детали на Т °C определяется по формуле еНТ, где е— коэффициент
линейного расширения материала.
При расчетах по большинству критериев работоспособности следует
учитывать действующие силы. Зная силы, можно рассчитать деформации
(для определения жесткости конструкции) или напряжения, чтобы су-
дить о ее прочности, или давления, влияющие на износостойкость.
Жесткость / = Р/6, где Р — сила; 6 — упругое перемещение. При расче-
те жесткости /общ системы пользуются понятием податливость с — 1//
Податливость системы равна сумме податливостей ее составных частей:
собщ +с2 + ... + ск.
Тогда
= 1 = ______________1_______ = _______1_________
°бЩ Собщ	с i + С 2 + •••+ ск	*  + * + + *
/1 Л /к
Жесткость системы не равна сумме жесткостей составных частей.
При расчете на износостойкость давление р = P/s, vrq Р — сила; s -
площадь поверхности, воспринимающей силу.
Силы, действующие в станках. На детали станка действуют силы,
возникающие в процессе резания, сила тяжести, реакции на опорных
поверхностях, силы трения, инерционные и центробежные нагрузки,
движущие силы привода и др. (натяжение ремней, предварительный
натяг в подвижных соединениях и т. д.).
Силы резания зависят от свойств обрабатываемого материала, режи-
мов обработки, геометрических параметров и состояния инструмента,
а также других обстоятельств. Силу резания можно определить по фор-
281

Рис. 196. Общий случай расположения
силы реакции по длине направляющей
мулам и справочникам, а также экспериментально. Различные составляю-
щие силы резания могут действовать на различные механизмы станка.
На токарном станке тангенциальная составляющая действует на детали
привода шпинделя (например, зубчатые колеса) и направляющие суп-
порта, а осевая составляющая — на подпятник (осевую опору) шпинделя
и детали привода суппорта (рейку или ходовой винт).
Чтобы учесть силу тяжести, надо знать массу и положение центра
тяжести, которые определяют обычными способами.
Реакции опор вычисляют методами, известными из механики. При
этом лишь для небольших опорных поверхностей считают нагрузку равно-
мерно распределенной, а равнодействующую - приложенной в центре.
Положение равнодействующей Q по длине L направляющей чаще всего
смещено от середины, поэтому эпюра давлений р получается в виде тра-
пеции (рис. 196) или треугольника.
Сила трения F создает дополнительное сопротивление перемещению.
При жидкостной смазке и трении качения сопротивление очень мало. При
полужидкостной смазке F=fP, где f — коэффициент трения; f = 0,05...0,2
в зависимости от материала трущихся поверхностей, их шероховатости,
качества смазки и скорости движения; Р — нормальная сила. Особенно
резко меняется трение в области малых скоростей (до 40...50 мм/мин),
а при переходе к состоянию покоя увеличивается скачком.
Силы инерции возникают при переходных процессах - разгоне, тормо-
жении, реверсировании, врезании инструмента в материал. Они создают
дополнительные, динамические нагрузки. Причиной динамических нагру-
зок могут быть также неуравновешенность быстровращающихся частей
станка или погрешности зубчатых передач.
Поведение станка как динамической системы обусловлено его мас-
сой и ее распределением по объему (в частности, моментами инерции
вращающихся деталей), значением и законом изменения ускорения,
податливостью звеньев, демпфирующей способностью.
Динамические расчеты сложны и проводятся, как правило, с исполь-
зованием средств вычислительной техники. Для приближенного учета
части нагрузки, связанной с динамическими явлениями, в расчет вводят
коэффициент динамичности АГДИН. Этот коэффициент показывает, во
сколько раз динамическое воздействие больше аналогичного статичес-
кого воздействия. В некоторых случаях А^ин достигает двух.
Последовательность расчета включает составление расчетной схемы,
получение расчетных формул, подготовку числовых данных для расчета
(выбор значений параметров и коэффициентов), определение искомых
величин и.оценку полученного результата (см. рис. 192).
282	*

Расчетная схема отражает действующую на систему нагрузку (силы,
моменты), элементы конструкции, воспринимающие эту нагрузку (опо-
ры и т. п.), и параметры, характеризующие расположение элементов рас-
четной схемы, а также свойства этих элементов (размеры, жесткость и т.п.).
На рис. 197, в представлена расчетная схема, соответствующая кон-
струкции по рис. 197, а. Расчетная схема на рис. 197, г соответствует кон-
струкции по рис. 197, б'; Р — сила резания, Q — сила со стороны привода.
Необходимо обращать внимание на то, чтобы расчетная схема, в том числе
графические условные обозначения элементов, воспринимающих нагруз-
ку, отражали физическую сущность конструкции, особенности взаимо-
действия ее частей. Так, одинарный подшипник качения позволяет в не-
которых, пределах наклонить ось внутреннего кольца относительно оси
наружного кольца. Следовательно, поперечное сечение шпинделя в такой
опоре под действием сил может повернуться на угол 0, что учтено в рас-
четной схеме изображением слева ножевой опоры. Опора со сдвоенными
подшипниками, в особенности роликовыми, препятствует повороту оси
опорного участка шпинделя, защемляет этот участок. Если считать такую
опору абсолютно жесткой, то ее эквивалент в расчетной схеме — жесткая
заделка (рис. 197, в). При взаимодействии шпинделя с опорой скольже-
ния возникает реактивный момент (см. рис. 197, б, г).
Различные комбинации подшипников качения оказывают неодинако-
вое защемляющее воздействие при деформировании шпинделя, что учи-
тывают в расчете соответствующими коэффициентами [22].
Обычно силы действуют в различных плоскостях. Тогда расчетную
схему надо строить раздельно для вертикальной и горизонтальной плоскос-
тей. В каждой плоскости учитывают соответствующие проекции сил.
Расчетные формулы в некоторых случаях приходится выводить, но
часто можно пользоваться теми, которые приведены в технической лите-
ратуре, в частности в справочниках. При этом следует убедиться в том,
Рис. 197. Схемы различных конструкций шпиндельных узлов (а, б) и соответствую-
щие расчетные схемы (в, г)
283

что расчетная схема, к которой относится готовая формула, соответ-
ствует рассчитываемой конструкции и условиям ее нагружения.
Значение параметра или коэффициента, входящего в формулу, может
находиться в некоторых пределах. Выбирая конкретное значение, надо
знать, каким условиям соответствует каждый из пределовчНапример,
в ориентировочных расчетах КПД коробки передач может быть принят
0,7...0,85. Верхний предел соответствует небольшому числу валов, пере-
ключению передач с помощью скользящих блоков, нижний — относится
к удлиненным цепям, в которых колеса постоянно сцеплены, а для пере-
ключения использованы муфты. Если условия, соответствующие преде-
лам, неизвестны, выбирают либо среднее значение, либо то, которое
обеспечивает дополнительный запас.
После определения искомых величин следует сделать заключение,
для чего полученный результат должен быть оценен. Если расчет про-
верочный, то вычисленную величину сравнивают с допустимой (упру-
гое перемещение). При проектировочном расчете вычисленную величину
рассматривают с различных точек зрения (например, технологические
соображения, стандартный ряд размеров). После этого найденную вели-
чину округляют, корректируют.
Следует отметить, что формулы необходимы не только для вычис-
ления значения некоторой величины, но и для анализа влияния на нее
различных факторов. Из формулы видно, какие параметры взаимосвя-
заны, какова степень влияния отдельных параметров на результат. Напри-
мер, зависимость между величинами может быть прямой или обратной,
линейной или квадратичной и т. п.
Как и другие виды работы при конструировании, расчеты связаны с
варьированием (рис. 192). В некоторых пределах можно изменять зна-
чение коэффициента. Можно также проводить повторные расчеты при
изменении элементов конструкции. Оценка результатов включает срав-
нение их при различных вариантах.
Варьирование особенно удобно выполнять при использовании средств
вычислительной техники. ЭВМ позволяет эффективно решать сложные
задачи оптимизации, когда многочисленные сочетания параметров и их
значений требуется оценить исходя из определенного критерия, но с уче-
том ряда требований (ограничений). Для решения задачи на ЭВМ должен
быть разработан алгоритм - строгое описание последовательности мате-
матических и логических действий, которые необходимо проделать для
получения результата. На основании алгоритма составляют программу —
описание всех данных и действий на языке, понятном машине. С помощью
перфоленты или другого программоносителя программу вводят в ЭВМ.
Для многих типовых часто встречающихся расчетов существуют уже
отлаженные программы.	‘
Вопросы для самопроверки
1.	Для чего надо варьировать различными факторами при конструировании?
2.	Что понимают под технологичностью?
3.	При каких критериях необходимо учитывать силы в расчетах?
284

ГЛАВА 21.
МЕТОДИКА КИНЕМАТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ МЕХАНИЗМОВ СТАНКОВ
§85. ЦЕЛЬ РАСЧЕТА,
ЕГО ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ И УСЛОВИЯ
На основании кинематического расчета разрабатывают кинемати-
ческую схему привода, т. е. намечают передачи, связывающие исполни-
тельные звенья между собой и с источником движения, определяют кине-
матические параметры звеньев (числа зубьев колес, шаг ходового вин-
та и т» п.).
Последовательность проектировочного кинематического расчета:
1)	определяют общую передаточную величину кинематической цепи;
2)	выбирают типы передач (ременные, зубчатые, цилиндрические,
червячные и т. д.) и их число;
3)	определяют передаточную величину i каждой передачи;
4)	определяют кинематические параметры каждого звена цепи.
Исходными данными для кинематического расчета двляются расчет-
ные перемещения ( § 4).
Рассмотрим привод главного движения шлифовального станка. Для
него расчетные перемещения имеют вид: пэ мин”1 электродвигателя
-> пш мин"1 шпинделя, где п — частоты вращения конечных звеньев.
Величину пш определяют исходя из принятой при шлифовании скорости
главного движения резания, например v = 35 м/с, и диаметра нового шли-
фовального круга, например D = 400 мм. Тогда
При пэ = 1430 мин"1 общая передаточная величина цепи
.,	= «ш = 1670 =ii7
общ	Пэ 14зо
Из соображений плавности работы привода выбирают плоскоременную
передачу, которой достаточно для реализации найденной ^б1Ц. Далее опре-
деляют диаметры шкивов.
Если /’общ велико и не может быть реализовано одной передачей, его
разбивают на несколько передаточных величин: //,	имея в ви-
ду, что /общ = //, /2,...,/^. Например, при пш = 6 мин"1 и пэ = 1440 мин”1
1 1 1
побщ 1440	240	2	4	30
(соответственно ременная, зубчатая цилиндрическая и червячная передачи) .
При этом руководствуются следующими пределами передаточной ве-
личины ддя одной цилиндрической прямозубой передачи:
_1
4
285

Чрезмерная редукция (i' < 1/4) нежелательна из-за возрастания га-
баритных размеров передачи: диаметр ведущего колеса принимается
обычно минимально возможным (zmjn = 17...20 зубьев), поэтому чем
меньше if, тем больше число зубьев, а следовательно, и диаметр ведомо-
го колеса.
Ускорение в передачах ограничено еще больше (if < 2), так как оно
неблагоприятно с точки зрения динамики, возрастают вибрации, шум,
изнашивание, потери энергии. Даже для косозубых передач, работающих
более плавно, г < 2,5. В коробках подач, отличающихся тихоходностью,
пределы несколько шире: 1/5 < if < 2,8.
В большинстве случаев, в особенности при большой нагрузке или при
высокой точности механизма, нежелательно, чтобы i[ = i2 = ... = z^.
Рекомендуется обеспечивать такую последовательность передач в цепи,
чтобы
zi >/2 > ...> z'4t»	, (О
т.е. наибольшая редукция должна быть в конце цепи. Тогда крутящий
момент, передаваемый промежуточными передачами, будет меньше. Сле-
довательно, потребуются меньшие диаметры валов, меньшие модули
зубчатых колес, т. ,е. конструкция будет компактнее.
Кроме того, повышается точность кинематической цепи, так как ре-
дукция приводит к снижению не только частоты вращения, но и погреш-
ности, вносимой промежуточными передачами. Действительно, погреш-
ность поворота ведомого колеса Д<^2 =	11 , где — погрешность по-
ворота ведущего колеса; i — передаточная величина данной передачи.
Чем меньше i9 , тем меньше Д</?2.
Если при настройке необходимо менять скорость в конце цепи, в при-
воде предусматривают коробку передач.
§86. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ СКОРОСТИ
И ЧИСЛА СТУПЕНЕЙ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ
При проектировании коробок передач исходными величинами яв-|
ляются предельные значения выходного параметра. Например, для короб-1
ки скоростей — это максимальная и минимальная частоты вращения^
выходного вала (шпинделя):
_ 1000Гт ах	_ Ю00гтт
лmax “	’ wmin “	.	’
где гтах и vmin ~ предельные значения скорости главного движения ре-
зания, м/мин; <7тах и tfmin - предельные значения диаметра заготовки^
или инструмента, мм. Методика определения v и d подробно изложена!
в работе (47].
Диапазон регулирования частоты вращения	f
/^ЯХ = Ртах	^тах _ гтах ^тах
П ятт ^min	Pmin ^min	^min
2Й	'

т. е. зависит только от отношений предельных скоростей и предельных
диаметров. Полученный при расчете диапазон Rn увеличивают на 20—25 %,
создавая резерв, который потребуется при совершенствовании процес-
сов обработки в будущем.
Из формулы Rn = <pz ~ 1(см. § 6), где z — число ступеней скорости;
— знаменатель ряда, найдем число ступеней скорости:
\gRn = (z - l)lg<p; z - 1 =
lg<p
lg«p
(2)
z =
Для определения z надо предварительно выбрать знаменатель ряда
Наиболее употребителен </?, равный 1,25 и 1,4, но есть и другие стандартные
значения. Но при выборе возникают противоречия: при увеличении
уменьшается число ступеней, следовательно, упрощается конструкция,
но растут потери экономически выгодной скорости, а следовательно,
уменьшается производительность обработки.
Вследствие этого при проектировании станков для крупносерийного
й массового производства, рекомендуется принимать меньшие значения
знаменателя, например равный 1,12 и 1,25. В противном случае в усло-
виях редкой переналадки суммарные потери производительности будут
значительны. Меньшие значения знаменателя применяют также для более
крупных станков.
После выбора вычисляют число ступеней z по формуле (2) и кор-
ректируют его так, чтобы оно было целым и разлагалось на множители
2 и 3. Это связано с применением двух или трех (редко четырех) передач
между смежными валами. Большее число передач привело бы к чрезмер-
ному увеличению длины валов и другим конструктивным усложнениям.
Исключением является гитара сменных колес, которая не накладывает
ограничений на z.
Наиболее удобны z, равные 2; 3; 4; 6; 8; 12; 18. Применяют так-
же z, равное 9, 16, и др. Особые виды структур (§ 88) допускают такое
число ступеней, как 14 или 20.
Как особенность конструирования, ранее отмечались его возвратный
характер, а также проработка вариантов. Первоначальное z вычислено
исходя из определенных «тах, «min, Корректировка вычисленного z
вызывает необходимость возврата для корректировки Rn и, следователь-
но, итах или nmin (или обеих величин). Окончательные значения nmax
и ftmin надо выбирать с учетом стандартного ряда частот вращения. В
качестве варианта желательно также провести расчет и выбор z, итах и
«min ПРИ Другом, близком значении
Пример. Пусть вычислены и^ах = 1150; «min = 50 мин"1. Тогда = «тах
•wmin = 115()*5()=::23nPM^i = h25
lg 2 3	1,3617
z' =	-----+ J = _2-----+ x = 14 5
lgl,25	0,1004
z— 1	15
Примем z = 16. Тогда Rn — <px = 1,25	= 32. Если оставить «max пеРвоначальным
(1150 мин"1), то получается «min = 1150:32 — 36. Если оставить nmjn первоначаль-
ным (50 мин"1), то итах = 50 .32 = 1600 мин"1.
В стандартном ряду частот вращения для = 1,25 есть и, равное 31,5; 40 и 50.
287

Таким образом, возможны следующие пределы частот вращения: п — 31,5...1000,
или п = 40...1250, или п = 50...1600.
При том же = 1,25 можно принять z = 12; тогда определяют другие варианты
предельных частот вращения. То же самое можно проделать для <р2 = 1,4.
Все полученные варианты сведены в табл. 6.
6. Предельные частоты вращения л, мин”1
	Z	Вариант		
		I	II	III		
1,25	16	31,5—1000 12	50...630 1,4	12	| 31,5-1250 | 9	45...710			40...1250 80...1000 45...1800 163-1000	50...1600 90...1250 63-2500 |	90-1250
В рамку заключены варианты, наиболее целесообразные в каждой строке табли-
цы; из них предпочтительны те, которые относятся к «р — 1,4. Другие варианты
недопустимы из-за чрезмерного увеличения «min или чрезмерного уменьшения п^ах
или нежелательны из-за значительного увеличения Итах-
§87. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ РАСЧЕТА
КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ
При проектировании кинематической схемы коробок передач при-
меняют аналитический и графо-аналитический методы. Последний метод
предпочтительнее вследствие наглядности, удобства варьирования и
уменьшения вероятности ошибок. При графо-аналитическом методе
аналитически определяют диапазон регулирования частот вращения Rni
число ступеней скорости z (см. § 86) и число зубьев колес в передачах
(см. § 90). Графическая часть метода состоит в построении структурной
сетки и графика (картины) частот вращения с целью определения переда-
точных величин.	„
Построение ведут на базе логарифмической шкалы. Логарифмируя
выражение nz = пх д>2~ 1, связывающее максимальную nz и минимальную
Hi частоты вращения (§ 6), получим
lgHz = lgnx + (z- l)lg<p.
Каждое деление шкалы (рис. 198) соответствует логарифму определен^
ной частоты вращения, но около деления пишется значение этой частоты
(или номер ступени скорости). Шкала разделена на z-1 интервалов^
каждый из которых равен 1g
(z-1)lg(p	
। tgp х	<
(LgUj) П, nz /7j	nz(lgnz) Рис- 198. Логарифмическая шкала
частот вращения JS
288

Описание готового графика частот вращения. Для пояснейия физи-
ческого смысла элементов графика частот вращения рассмотрим график
(рис. 199, б), соответствующий кинематической схеме коробки передач
по рис. 199, а.
Горизонтальные линии, обозначенные римскими цифрами, соответ-
ствуют валам. Внизу изображена логарифмическая шкала частот враще-
ния. Лучи между соседними горизонталями соответствуют передачам.
Совокупность передач, связывающих два соседних вала, называют
группой передач. На рис. 199 показаны две группы передач: рх = 4 и
Рг ~ 3, где р — число передач, составляющих группу. Каждая выделенная
на горизонталях точка показывает определенную частоту, с которой
может вращаться вал. Так, частота вращения вала IV может меняться
в диапазоне 315...630 мин-1. Из каждой выделенной точки выходит
к следующей горизонтали столько лучей, сколько передач в группе.
Параллельные лучи в пределах группы соответствуют одной и той же
передаче при различных включениях передач предшествующих групп
(в данном примере при различных положениях двойных блоков).
Наклон луча и, следовательно, число перекрытых им интервалов
логарифмической шкалы показывает передаточную величину передачи.
Лучи, соответствующие повышающим передачам, наклонены в одну
частот вращения (б) и структурная сетка (в)
коробки передач	v
10 Маеров
289

сторону (вправо — z'5, /9), а соответствующие понижающим передачам —
в другую сторону (влево - i2, z‘e и др.).
Луч z‘5 отражает передачу, повышающую частоту вращения с 1000
(на валу II) до 1250 мин”1 (на валу III). Этот луч перекрывает один
интервал шкалы (1g <р); следовательно, передаточная величина г'5 =	=
= 1,25. Передача с = 1 не меняет скорость. Луч z3 отражает передачу,
понижающую частоту вращения с 1000 до 800 мин”1, причем z3 = — =
= —-—. Лучи z*6 и z’9 перекрывают по три интервала шкалы (31g <р),
причем Z9 = ip3 = 1,253 = 2 (повышающая передача) ,г’б =-
<р3
1
1,25 3
_1_
2
(понижающая передача, для которой всегда ip входит в знамена-
тель) .
Основные зависимости. Чтобы ряд частот вращения шпинделя был
геометрическим со знаменателем ip, частота вращения каждого проме-
жуточного вала должна изменяться по закону геометрической прогрес-
сии, но со знаменателем ipx. Такому же закону должен подчиняться ряд
передаточных величин в группе передач, что отражается следующим
уравнением (без вывода) :
• ••• -ip = 1 ’• Vх •	(3)
где х — характеристика группы передач (индексы у if в данном уравне-
нии не связаны с рис. 199, б).
Действительно, для группы рг = 4 коробки передач по рис. 199, б
i2: z3:z4: is —	—
— : 1 : ip = 1 : ip : ip2 •: ip3, т. e. Xi = 1, а для группы
p2 = 3 по тому же рисунку Z7.Zs.Z9 = —- : —s- : ip3 = 1 : ip4 ::	, t. e.
x2 — 4. Характеристика показывает, сколько интервалов, равных 1g
между концами соседних лучей в группе передач на графике, т. е. она
связывает знаменатель ip ряда частот вращения на шпинделе и знамена-
тель ip? ряда передаточных величин в группе передач: ipp = <рх.
Значение характеристики зависит от так называемого кинемати-
ческого порядка групп. Этот порядок определяет нарастание характерис-
тики от группы к группе. Характеристика х^ для некоторой группы
больше характеристики Х£_1(цля группы, предшествующей в кинемати-
ческом порядке, в Рк-\ раз, где Pic_i— число передач предшествующей
группы: xk = xk _ l pfc _ j. Согласно этому порядку одна из групп (любая)
является основной, для нее х = 1. Следующую в кинематическом поряд-
ке группу передач называют первой переборной, далее идут вторая И
другие переборные группы. Характеристика любой группы равна произ-
ведению чисел передач всех групп, предшествующих в кинематическом
порядке, что показано в табл. 7.
290

7. Характеристика групп"
Названия групп в кинематическом порядке	Число передач в группе	Характеристиках группы
Основная	Ро	1
1-я переборная	Р1	Ро
2-я переборная	Р2	РоР1
(к-1) -я переборная	Рк-1	
к-я переборная	Рк	Р0Р1Р2 — Рк-1
В коробке передач по рис. 199 рх = 4 — основная группа, а р2 = 3 —
первая переборная.
Кинематический порядок групп может не совпадать с порядком
их конструктивного расположения. Оба порядка учитывают при состав-
лении формулы структуры привода, которая для примера на рис. 199
записывается так: z=12 = 4!e32.
Каждый сомножитель означает число передач, составляющих группу.
Порядок расположения сомножителей соответствует порядку расположе-
ния групп передач от двигателя к выходному валу (к шпинделю). Индек-
сы у сомножителей показывают кинематический порядок.
Выбор структуры и построение структурных сеток. При разработке
кинематической схемы коробки передач, вычислив z, составляют форму-
лу структуры, далее строят структурную сетку, а затем график частот
вращения. Каждый шаг должен рассматриваться в вариантах, из которых
один выбирают для проработки на последующем этапе.
Представим число ступеней z = 12 в виде произведения трех сомно-
жителей: 2’2-3. Это означает, что должно быть три группы передач, поря-
док расположения и кинематический порядок которых следует выбрать.
Каждой выбранной формуле структуры однозначно соответствует
структурная сетка, которая отличается от графика частот вращения
прежде всего полной и обязательной симметричностью (в графике лишь
некоторые лучи симметричны, причем, это необязательно). Постоянные
(одиночные) передачи в сетке не отражаются.
Пусть, например, выбрана структура z = 12 = 22 *33 ’Ij. Для струк-
турной сетки сначала проводят линии, соответствующие валам,— на одну
больше, чем число сомножителей в формуле структуры (число групп
передач). Перпендикулярно проводят z линий по числу ступеней скорости
(рис. 200) . Сбоку пишут число передач р и характеристику х ддя каждой
группы (индексы у р и х показывают номер группы в конструктивном
порядке расположения). В данном случае за основную группу принята
группа с двойным блоком расположенная в конце.
Построение структурной сетки начинают с точки 0 (рис. 200, а).
Из каждой выделенной точки проводят симметрично столько лучей,
сколько передач в данной группе, т.е. р, причем число интервалов шкалы
между концами смежных лучей равно характеристике х данной группы.
Структурная сетка не показывает частоты вращения и передаточные
величины. Она отражает лишь соотношение между передаточными вели-
291

Рис. 200. Построение структурной сетки для z = 12 = 22 • 3 3 • 21:
а — начало построения; б - полная сетка
чинами в каждой группе, которое выражено уравнением (3). Характерис-
тика каждой группы, а следовательно, число интервалов (1g <р) между
концами соседних лучей одинаковы в сетке и графике.
Структура z = 12 = 23 -Sj -22 отличается от предыдущей только
кинематическим порядком. Здесь основная группа находится в середи-
не. Характеристики: хг = 6,х2 = 1,*з = 3.
В структуре z = 12 = Зх -22 *23 (рис. 201) другой порядок располо-
жения групп. Тройная передача оказалась в начале, но.осталась основной.
Общее число вариантов структур зависит от возможного числа переста-
новок в конструктивном и кинематическом порядках: (Kl)2/q , где К —
общее число групп передач; q — число групп с равными числами передач.
При сравнении вариантов структурных сеток необходимо
обращать внимание в первую очередь на размах крайних лучей, выходя-
щих из одной точки (в каждой группе). Число интервалов 1g между
концами таких лучей определяет диапазон регулирования Rp в группе
(см. рис. 200, б). Это число интервалов можно определить из уравнения
(3) , где i i — *mjn, ip — zmax •
/ l 3 9 5 6 7 8 9 10 11 /2 Рир	„
гис. ZU1. Стуктурная сетка для
292

При прямозубых колесах в коробке скоростей ^pmax = /max: zmin =
= 2	= 8. Следовательно, каждому соответствует максимально
4
допустимое число интервалов шкалы, охватываемых диапазоном регули-
рования Rp в группе:
' ^....	1,12 1,25 1,4 1,6
[(P-I)x]max..18	9	6	4
Варианты, не удовлетворяющие данному ограничению, следует не прини-
мать во внимание при поиске формулы структуры.
Чтобы не приближаться к z^ax и z^in, стремятся к структурам с
меньшими Rp. Чтобы выдержать неравенство (1) , Rp в последних группах
должно быть больше, чем в первых.
Для выбора рациональной структуры привода не требуется пересмат-
ривать все возможные варианты структурных сеток. Уже при выборе
формулы структуры надо руководствоваться следующими рекомен-
дациями.
1. Группы с большим числом передач (три, тем более четыре) следует
располагать ближе к двигателю, так как чем больше колес на быстро-
ходных валах, тем больше выигрыш в массе деталей, габаритах узла.
2. В кинематическом порядке в качестве последней переборной группы
обычно принимают группу с минимальным числом передач, иначе сочета-
ние максимальной характеристики х и большого числа передач р может
дать слишком большой диапазон регулирования Rp в группе. 3. Послед-
нюю переборную группу следует располагать в конце структуры. В этой
группе из-за большого диапазона регулирования передаточные величины
близки к предельным, следовательно, неизбежна большая редукция,
нежелательная в начале структуры.
Структура по рис. 201 удовлетворяет всем рекомендациям, однако
она возможна только при < 1,4 (в противном случае Rp^ > 8). Струк-
тура по рис. 200, б при (р = 1,4 неприемлема по той же причине. При =
= 1,25 она возможна, но нерациональна, так как нарушены все рекоменда-
ции о порядке расположения групп и кинематическом порядке. Вообще,
предпочтительны структуры, у которых в сетке лучи первых групп пере-
дач располагаются более компактно.
Построение графика частот вращения. График показывает все часто-
ты п при любых комбинациях включенных передач и передатодаые вели-
чины всех передач. До построения графика должна быть намечена кинема-
тическая схема, поскольку в графике следует учесть одиночные переда-
чи, служащие для связи коробки передач с двигателем (рис. 202, б) или
со шпинделем, для реверсирования, для создания определенной компо-
новки.
Построим график частот вращения коробки передач при условии
п = 63...1000 мин”1 и р =1,4, выбрав структуру z = 9 = 3t *32. Струк-
турная сетка представлена на рис. 202, а. Кинематическая схема
(рис. 202, б) содержит две группы передач и две одиночные передачи,
введенные для сокращения высоты коробки.
293

(б) для z = 9 = 3! *32
в)
В}
Рис. 202. Структурная сетка (а) и кинематическая схема
Для построения надо провести и пронумеровать вертикальные линии,
соответствующие валам, и горизонтальные линии, каждая из которых
соответствует определенной частоте вращения (рис. 203, а).
График начинают строить от точки wmin на линии последнего вала,
руководствуясь рекомендациями § 85. В частности, пределы для переда-
точной величины определяют допустимый наклон лучей, т. е. число т
перекрываемых лучом интервалов шкалы при выбранном (табл. 8). -
Первым проводят луч is (это /min в группе р2 = 3). При понижаю-
щей передаче и = 1,4 луч должен перекрывать не более четырех интер-
J о
валов 1g ср (при т — 4i's =----=------- = —) • Так как у лучей i'5 и
/ <рт , 1,4 о 4
z7 (z'max в группе рг — 3) общее начало, а расстояние между концами
этих лучей определено структурной сеткой (шесть интервалов), то от
выбора z*5 зависит значение z7. Луч /7 должен перекрывать не более
двух интервалов (при повышающей передаче i 7 = <рт = 1,42 = 2) . Следо-
Рис. 203. Построение графика частот вращения:
а - начало построения; б — полный график
294

8. Допустимые числа интервалов т
на графике для коробок скоростей
Передачи (прямозубые)					1,-7 §
	1Д2	1,25	1,4	1,6	1,8
Понижающие	12	6	4	3	2
Повышающие	6	3	2	1	1
вательно, положение точки на вертикали IV в данном случае не может
варьироваться, оно определено единственно возможным образом.
Далее проводят лучи z4, z’J, z’o таким образом, чтобы было г’о >
> z’l > г4. Строя луч zj (z^in в группе рх = 3) , надо обратить внимание
на наклон луча г’з (г^ах в той же группе). При этом число интервалов
между концами лучей и г’з, соответствующее диапазону регулирова-
ния Rpi в группе рг =3, одинаково в графике и в структурной сет-
ке. Линия z’o - z’i - z4 - z‘5 определяет в коробке передач /’общ min =
= г‘оЧ/4г5- После этого достраивают график (рис. 203, б), пользуясь
структурной сеткой (см. рис. 202, а) . На графике в каждой группе столь-
ко же лучей и интервалов шкалы между соседними лучами, сколько и
в сетке.
В графике возможны варианты, связанные с выбором другого дви-
гателя (например, вариант, показанный пунктиром на рис. 203, б при
п = 960 мин” J) или с выбором /’max* zmin в отдельных группах.
При разработке кинема!ической структуры надо стремиться к наи-
меньшему числу валов, передач, зубчатых колес. Для достижения наи-
меньших радиальных размеров и унификации чисел зубьев колес в группе
передач желательно выдерживать соотношение / minz max = 1- При этом
крайние лучи, выходящие из одной точки, на графике частот вращения
располагаются симметрично.
Для коробок подач следует учитывать расширенные пределы г ^щ и
z max (см- § 85) •
§88. ОСОБЫЕ ВИДЫ КИНЕМАТИЧЕСКИХ СТРУКТУР
В коробке передач общее число ступеней
z =Pip2...pr_lPr,
где Р\...р г— числа передач, составляющих отдельные группы, которые
связывают соседние валы. Если рг - последняя переборная группа в
кинематическом порядке, а хг — ее характеристика, то, по общему пра-
вилу, величина хг равна произведению числа передач по всех кинематичес-
ки предшествующих группах:
= -Pr -i=z '-Pr-
Наиболее целесообразно принимать рг = 2; тогда xr = zl2. Подста-
вив эти значения в формулу (4) , получим
Rr=y(Pr - D*r =^1'1.
295

о
о
Рис. 204. Сетка для структуры с совпадением скоростей (а) и для структуры с
’’выпадением” скоростей (б)
Исходя из известного ограничения Rp < 8, должно быть
< 8; <pz < 64; —— < —— ; yz ~1 = R < —— .
ч> у
Последнее неравенство является условием, которое показывает,
можно ли обеспечить данный диапазон регулирования при обычной мно-
жительной структуре. Например, при у =1,25 должно быть Rn < 50.
Если условие не соблюдается, используют особые виды структур, позво-
ляющие реализовать большие значения Rn. В частности, в токарных стан-
ках требуется Rn = 100, а иногда и более. Особыми являются структуры
с совпадением или ’’выпадением” (пропуском) скоростей и сложенные
структуры.
Рассмотрим пример, когда Rn — 120 и ^ = 1,4. По этим данным полу-
чается z •= 14, содержащее обычно неудобный множитель 7. Структура
с совпадением скоростей обеспечивает заданный диапазон и вычислен-
ное z. Предварительно примем формулу структуры z = 16 = 4j • 22 *23,
до построим сетку для z = 14. Сжатие 16 ступеней в пределы 14 интерва-
лов шкалы приводит к совпадению (повторению) скоростей на двух
ступенях (рис. 204, а). Построение ведут, как обычно, от точки 0. По
достижении точки М определяют, насколько должна быть уменьшена
характеристика последней переборной группы.
Тот же большой диапазон Rn можно обеспечить, уменьшив число
ступеней до z = 12 =	• 22 • 23, но заготовив сетку с 14 интервалами
шкалы. Растягивание 12 ступеней на 14 интервалов приводит к ’’выпаде-
нию” двух скоростей (рис. 204, б). Построение ведут сначала от точки 1,
проводя крайние левые лучи, как для графика частот вращения, но учиты-
вая симметрию и руководствуясь значениями р и х. Дойдя до точки М,
определяют, насколько должна быть увеличена характеристика основной
группы, чтобы попасть в точку 0. Затем достраивают сетку в обычном
порядке. Структуру с ’’выпадением” скоростей называют также струк-
турой с ломаным (неравномерным) рядом. Большая, средняя, часть
ряда, которая используется наиболее часто, построена со знаменателем
По концам ряда знаменатель больше (на рис. 204, б — <р2 , так как 21g =
= 1g ^2).
296

Рис. 205. Варианты структурных схем сложенной структуры
Сложенные структуры. Обозначим через z0 число ступеней скорос-
ти, создаваемых рядом последовательно соединенных групп передач
(рис. 205, а), через z' и z" — числа ступеней, которые обеспечиваются
другими частями структуры. Каждая из этих частей также представляет
собой одну или несколько групп передач, соединенных последовательно.
Рассмотрим совместно части z0 и z' , соединенные между собой
также последовательно. Вместе они составляют множительную структуру,
не отличающуюся принципиально от структуры каждой части в отдель-
ности, и обеспечивают z^z* ступеней скорости (при этом часть структуры
с z" не используется, выключена). При включении z" (часть структуры
с z'должна быть выключена) таким же образом может быть получено
z0z'* ступеней скорости. Структура, состоящая из последовательно и
параллельно соединенных групп передач, называется сложенной (рис. 205).
Общее число скоростей при такой структуре z = Zqz'^Zqz" — Zq (z'+z,f).
s)
Рис. 206. Коробка скоростей со сложенной структурой:
а — кинематическая схема; б - структурная сетка; в - график частот вращения
297

В частном случае (рис. 205,6) может быть z = 1; тогда z=z0 (1 +z” ).
При z' = z" = 1 (рис. 205, в) сложенная структура оказывается структу-
рой с одинарным перебором, которая обеспечивает z0 (1 + 1) =.2z0 ско-
ростей (см. рис. 18).
Как и все особые виды структур, сложенные структуры позволяют
охватить большие диапазоны регулирования скоростей и получить число
ступеней, кратное не только двум и трем, но и пяти или семи (z* +z” ).
Кроме того, важнейшее достоинство сложенной структуры состоит в том,
что исключаются из работы при высоких скоростях передачи одной из
параллельных ветвей. Это снижает потери на трение, увеличивает точ-
ность обработки, позволяет изменять тип шпиндельной передачи (ремен-
ная передача при высоких частотах вращения и зубчатая передача при
низких частотах — рис. 206, а) .
На рис. 206, а представлена сложенная структура, отвечающая форму-
ле z = 18 = 31 • 22 (1 + 23). На выходе коробки скоростей (вал III) полу-
чают шесть ступеней. Нижние 2/3 диапазона регулирования частоты враще-
ния шпинделя обеспечиваются через двойной перебор при выключенной
муфте МФ. Верхняя треть частот вращения шпинделя VII получается от
шкива на валу IV напрямую через муфту МФ (блок колес на валу VI
должен быть выключед).
Структурную сетку и график частот вращения строят по обычным
правилам (рис. 206, 6, в). В сетке общую часть структуры z0 = Зг -22
показывают дважды или второе изображение подразумевают (на рис. 206,6
показано пунктиром). Характеристику х3 группы передач перебора
получают, рассматривая эту группу как продолжение множительной
структуры общей части z 0.
§89. СОЧЕТАНИЕ СТУПЕНЧАТОГО И БЕССТУПЕНЧАТОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ
Недостатком большинства средств бесступенчатого регулирования
скорости является ограниченность диапазона регулирования R^. У меха-
нических вариаторов и двигателей постоянного тока при значительной
мощности обычно Rq < 4. Чтобы использовать преимущества бесступен-
чатого регулирования и охватить большой диапазон регулирования при-
вода Rn, к регулируемому двигателю или вариатору добавляют коробку
передач на несколько ступеней.
На рис. 207, а показана структурная сетка для электродвигателя
постоянного тока в сочетании с коробкой передач на число ступеней
z = 6. При переключении коробки на соседнюю скорость последняя долж-
на меняться в R$ раз, если нет разрывов или перекрытий. Следовательно,
знаменатель ряда скоростей у коробки передач <рк = R$, а диапазон ее
регулирования R^ =	" *= R^ “х. Общий диапазон регулирования приво-
да Rn = RKR$ = R$~ VR^ = R§ . Отсюда формула для числа степеней z =
lg Rn
=	— . Структура по рис. 207, а при R§ = 2 способна обеспечить Rn =
= 26 = 64.
298

Рис. 207. Структурные сетки при бесступенчатом регулировании:
а — электродвигателем постоянного тока; б - механическим вариатором
Проскальзывание, свойственное вариаторам, или нежесткость меха-
нической характеристики двигателя могут несколько сократить диапа-
зон R§ при изменении нагрузки, что грозит появлением разрывов в ряду
скоростей на выходе привода. Во избежание этого предусматривают
небольшое перекрытие частей диапазона, получаемых при переключении
передач в группе (рис. 207, б), Для этого принимают <рк = kR§, где к =
= 0,95...0,98. Тогда Rn = kz~x R% .
§ 90. РАСЧЕТ ЧИСЕЛ ЗУБЬЕВ КОЛЕС
В КОРОБКАХ ПЕРЕДАЧ
При проектировании рекомендуется пользоваться стандартизо-
ванными суммами Sz чисел зубьев сопряженных колес, т. е. чтобы
zK + z'K = Zz, где zK и zK числа зубьев ведущего и ведомого колес.
Для большинства случаев стандартные Z z ~ 60... 120, они связаны со
стандартными межосевыми расстояниями А сопряженных колес и стан-
дартными модулями т. Наиболее употребительны А, равные 60; 75; 90;
105; 120; 135; 150; 180; 210; 240; 270; 300, и т, равные 2; 2,5; 3; 4;
2А
5 мм. Для прямозубых цилиндрических передач Z z = —. Следует учи-
тывать, что недопустимо слишком малое число зубьев шестерни. Должно
быть zK > 17; обычно принимают zK min — 18...20.
Для одиночной понижающей передачи с передаточной величиной i'K
f zKmin	*	,	/ х
находят zK = —77----, затем сумму (^Kmjn + ZK) и корректируют пос-
*к
леднюю до ближайшего большего значения S z. Если (z„ min + z') знаЧи-
4 К 111 111	lxz
299

тельно отличается от Sz, приходится подбирать другие zK и z'K по фор-
мулам
Z„ = ~гЧ- ^z> z'k= ~~Г , S2-
К 'к+1	К 'к+1
В случае группы передач Sz должно быть одинаковым для всех пере-
дач группы, если модули их равны. Сначала каждую передаточную вели-
чину надо представить в виде простой дроби с числителем ак и знамена-
телем Ьк. Например, для графика на рис. 203, б
. ' — Z1 —	1	—	1	_ а\ _ _1	. • ' _ Z2 _	1	_
11	V1 1,412 ~ Ьх 2 ' 12 ~ z'2 у 1,42
__ ^2	5	. f __	2 з _	___ 1
7 ’ 13 ~	“ Ь3 ~ 1
Далее надо найти для всех передач группы суммы (а к + Z>K) и наи-
меньшее кратное этих сумм К:
ai + bi = 1 + 2 = 3; а2+^2 = 5 + 7= 12; а3+Ь3 = 1 + 1 =2; К = 12.
Иногда Sz равно К, но если К мало, то Sz = КЕ, причем Е — целое
число. Числа зубьев определяют по формулам
Q	,	Ьтг
zk = —; zk = —sz°
ак+Ьк	ак+Ьк
Число Е определяют предварительно, используя выражение для zKmin
/	*-*	К	t
(причем в данной группе------= zmin) :
Ьк
_	*к гг. F- IKmin +
z к m in	n . h	“
“к t °k
К
18
Для рассматриваемого примера Е = ——
ак
3
-у- =4,5. Примем
E = 5; тогда
Sz = 12*5 = 60;
z = — 60 = 20; z2 = — 60 = 25; z3 = — 60 = 30;
1	3	’ 2	12	’ 3	2
z{ = — 60 = 40; zi= --60 = 35; z3 = — 60 = 30;
1	3	12	2
Необходимо учитывать также, что при малом числе зубьев колеса
может оказаться невозможной насадная его конструкция. При малой
сумме чисел зубьев межцентровое расстояние может оказаться недоста-
точным для размещения колес других групп, муфт или иных деталей.
При большом числе зубьев колеса может оказаться высокой окружная
скорость, что требует повышенной точности изготовления. f
300

§91	. РАСЧЕТЫ ДЛЯ СВЯЗИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО
И ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЙ
В § 4 приведены примеры расчетов скорости движения подачи в
механизмах с реечной передачей и с передачей винт—гайка. Рассмотрим
еще несколько типичных примеров.
Пусть требуется связать угол а поворота рукоятки с диаметром
реечного колеса в механизме перемещения блока зубчатых колес
(рис. 208, а). Обозначим: L — длина перемещения блока, мм; т и z —
соответственно модуль (мм) и число зубьев реечного колеса. За 360°
поворота колеса рейка перемещается на расстояние nmz (мм), а за а° —
на L (мм). Следовательно, а =--------- 360. Зная L и делительный диа-
7Г mz
метр колеса d — mz, можно вычислить а. Большой угол а неудобен при
эксплуатации и не всегда возможен из-за столкновения с окружающими
деталями (например, могут помешать соседние рукоятки): Слишком
малый угол а может ограничивать размещение фиксатора (если он в
ступице рукоятки) , а также цифр на указателе.
Задавшись т = 1,5 мм и а = 60°, определим z, если L = 54 мм:
z =
--^-360 =
Пта
_____54______
3,14*1,5 *60
360 ~ 70.
Учитывая небольшой угол поворота колеса и значительный его диаметр,
целесообразно вместо колеса предусмотреть зубчатый сектор.
Рассмотрим гидромеханический привод, осуществляющий периоди-
ческое перемещение салазок на расстояние 0,01...0,2 мм (рис. 208,6).
Надо согласовать шаг Р ходового винта, числа зубьев храповика zx и
реечного колеса zp,длину хода/, плунжера-рейки.
Если принять Р = 1 мм и zx = 100, то можно установить храповик
непосредственно на ходовой винт. При повороте храповика на один зуб
салазки перемещаются на 0,01 мм.
Если по условиям прочности необходима резьба cP = 2 мм, то храпо-
вик на винте должен иметь zx = 200, что связано с его большим радиусом.
Можно выбрать меньший храповик, например с zx = 72, но при этом
потребуется промежуточная передача Zi/z2 (рис. 208, в). Ее передаточ-
ную величину i' получим исходя из расчетных перемещений:
Рис. 208. К расчету реечного механизма перемещения (а) и гидромеханического
привода (б, в)
301

1/72 об. храповика -> 0,01 мм перемещения салазок. Отсюда уравне-
ние кинематического баланса
— 2 = 0,01, т. е. — = 0,36.
72 z2	z2
Примем zx = 18 и z2 = 50.
За один ход плунжера-рейки храповик должен повернуться макси-
20
мально на 0,2:0,01 = 20 зубьев, т. е. на = 0,278 оборота. При zp — 25
и тп = 1,5 мм£ = 0,278 • 3,14 • 1,5 • 25	33 мм.
Вопросы для самопроверки
1.	Чем различаются структурная сетка и график частот вращения?
2.	Каковы пределы передаточных величин i зубчатых передач?
3.	В чем достоинства привода с перебором?
ГЛАВА 22.
КОНСТРУИРОВАНИЕ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ
§92	. ТРЕБОВАНИЯ К КОРОБКАМ ПЕРЕДАЧ
Требования к любому узлу вытекают из требований, которые предъяв-
ляются к станку и выражаются технико-экономическими показателями
качества, а также критериями (условиями) работоспособности. Конструк-
ция коробок передач существенно влияет на производительность и надеж-
ность станков. Первая зависит от пределов регулирования скорости,
числа ступеней, времени на переключение, вторая — во многом опреде-
ляется особенностями механизмов переключения скоростей, надежностью
отдельных элементов (муфт, фиксаторов и т. п.) .
Будучи источниками вибраций и теплоты, коробки передач оказывают
влияние неточность станка, особенно если это коробка скоростей, встроен-
ная в шпиндельную бабку. Точность зубчатых передач, в том числе в гита-
рах сменных колес, очень важна в цепях согласования движений. Работо-
способность зубчатых передач, валов и их опор в самих коробках пере-
дач определяется прочностью, жесткостью, виброустойчивостью, тепло-
стойкостью конструкции.
Помимо общих требований, предъявляются также такие специфичес-
кие требования, как плавность и бесшумность работы передач, в особен-
ности быстроходных (в коробках скоростей) , высокий КПД. Уплотнения
должны эффективно защитить коробку от попадания внутрь охлаждаю-
щей жидкости, пыли из воздуха, а окружающее пространство — от проса-
чивания масла и его паров изнутри. С точки зрения технологичности
следует обратить внимание на унификацию деталей и их элементов, на
удобство сборки.
Коробки передач должны быть компактными, удобными в эксплуата-
ции, прежде всего при переключении скоростей.
302	\

§93	. ЭЛЕМЕНТЫ КОРОБОК СКОРОСТЕЙ
И ПОДАЧ
Структурные схемы приводов главного движения (рис. 209, а) и
движения подачи (рис. 209, б) имеют общую основу, состоящую из источ-
ников движения, механизма включения, реверсирующего устройства,
множительных механизмов, одиночных передач и исполнительного звена
(шпинделя, суппорта). В некоторых случаях все эти элементы представ-
лены отдельными устройствами, объединенными в один узел, например
переднюю бабку токарного станка. В других случаях часть элементов
отсутствует (например, нет одиночных передач) или объединена (реверси-
рование может осуществляться электродвигателем) . Отдельные элементы
могут также располагаться в разных частях станка, в разных узлах:
источник движения (иногда вместе с коробкой передач) может быть
удален от исполнительного звена.
В качестве источника движения чаще всего используют отдельный
электродвигатель или гидро двигатель. Так как мощность, передаваемая
коробками подач, сравнительно невелика, то они могут получать движе-
ние от вращающегося с постоянной частотой промежуточного вала приво-
да главного движения. Если же подача задана в миллиметрах на оборот
шпинделя, то последний часто и приводит в движение механизм подачи.
Механизмы подач включают кулачковыми или другими муфтами,
передвижными колесами. Особенность некоторых коробок скоростей —
наличие фрикционной муфты, которая позволяет выключать вращение
шпинделя, не останавливая электродвигателя. Например, в универсаль-
ных токарно-винторезных станках многократно приходится оста-
навливать заготовку для измерения размеров или для переключе-
а — главного движения; б — движения
подачи
303

ния зубчатых передач, а электродвигатель при частых пусках перегре-
вается.
Реверсирующие устройства и коробки передач описаны в разд. 1.
Одиночные передачи применяют для связи отдельных частей привода,
создания определенной компоновки (например, с помощью конической
зубчатой передачи переходят от горизонтальных валов к вертикальным)
и редукции (последняя особенно значительна в коробках подач) .
Коробки скоростей отличаются от коробок подач гораздо более
высокими скоростями движений и большей передаваемой мощностью.
Поэтому требования виброустойчивости и теплостойкости более актуаль-
ны для коробок скоростей. По той же причине в конструкциях коробок
скоростей и подач есть неодинаковые устройства.
Механические тормоза применяют только в коробках скоростей.
Наиболее широко используют электромагнитный дисковый тормоз,
который стараются разместить на первом от двигателя валу. Если в приво-
де предусмотрены тормоз и фрикцион, то управление ими блокируют:
включение одного связано с выключением другого.
Поскольку движения подач происходят медленно, для быстрых
перемещений того же рабочего исполнительного звена (например, сала-
зок) необходима отдельная кинематическая цепь, подключаемая с по-
мощью муфт (в 1ом числе муфты обгона) или через дифференциал.
Источником быстрого движения может быть дополнительный двигатель
или первый вал коробки скоростей. Скорость быстрого хода не регули-
руют, она достигает 10 м/мин.
В коробках скоростей специальных предохранительных устройств
обычно нет, их роль при необходимости выполняют ременные передачи
или фрикционные муфты. Звенья коробок скоростей рассчитаны на
передачу больших нагрузок. Напротив, коробки подач в нормальных
условиях нагружены гораздо слабее, и поэтому размеры из зубчатых
колес и других элементов меньше. Во избежание поломок при непредви-
денном увеличении глубины резания, твердости обрабатываемого мате-
риала и в других случаях чрезмерного возрастания сил в коробках подач
предусмотрены срезные штифты или шпонки, предохранительные кулач-
ковые или иные муфты. Такие муфты в сочетании с электрическими
конечными выключателями, а также падающие и отжимающиеся червяки
позволяют разорвать цепь подачи и выключить ее при работе до жесткого
упора.
Ввиду преобладания прямолинейных движений подачи соответствую-
щий привод завершается обычно тяговым устройством.
§94	. ОСОБЕННОСТИ СПОСОБОВ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ
КОРОБОК ПЕРЕДАЧ
Г
Если в коробке передач изменение скорости осуществляется сменой
зубчатых колес, то ее конструкция проста даже при большом числе ступе-
ней скорости. Гитара сменных колес имеет малые осевые размеры. Так
304

как механизм состоит из одной-двух пар колес, он отличается высоким
КПД, низким уровнем шума, а также тем, что в нем невозможны несов-
местные включения. Недостатками этого способа являются неудобство
переключения, а также трудности смазывания и уплотнения. Способ
применяется для станков, используемых в массовом и серийном произ-
водстве, тяжелых станков, когда переключение производится при пере-
наладке, т. е. редко.
Достоинство переключения муфтами состоит в том, что они позво-
ляют применять косозубые и шевронные колеса. Для переключения
достаточно малого осевого хода. Важнейшее достоинство фрикционных
муфт также заключается в возможности их переключения на ходу. Общим
недостатком коробок с муфтами является пониженный КПД и повы-
шенный шум, так как в зацеплении находятся все колеса, в том числе
и не участвующие в передаче движения. Кроме того, фрикционные муфты
имеют большие размеры, ограничивающие их применение при значитель-
ных крутящих моментах.
Передвижные блоки зубчатых колес лучше сменных колес тем, что
их удобнее переключать, они имеют более высокий КПД и меньший уро-
вень шума, чем передачи с муфтами. Недостаток передвижных блоков —
значительные их осевые размеры и ходы.
Часто блоки делают составными. Это увеличивает себестоимость
изготовления, но позволяет шлифовать все зубчатые венцы блока, менять
венец, вышедший из строя; при большой разнице в диаметрах венцов
заготовки деталей упрощаются.
Передвижные блоки зубчатых колес применяют в основном в сред-
них и малых универсальных станках.
На станке могут сочетаться разные способы переключения скорости.
Так, в токарно-револьверных автоматах используют гитару сменных
колес при переналадке станка на другой размер прутка, а при переходе
к очередной операции в цикле переключаются электромагнитные муфты.
На токарно-копировальных станках применены гитары и передвижные
блоки.
§95	. ОСОБЕННОСТИ
КОМПОНОВОК КОРОБОК ПЕРЕДАЧ
Расположение коробки передач в целом особенно важно для привода
главного движения. Встроенные коробки скоростей помогают создать
компактный привод, не требующий дополнительных корпусных деталей
и работ по согласованию взаимного расположения разнесенных частей.
Однако вибрации от зубчатых колес и дополнительный нагрев от быстро-
ходных передач или фрикционных муфт воздействуют на шпиндельный
узел, снижая точность его работы.
Вынесенные коробки скоростей (разделенный привод) обладают
противоположными достоинствами и недостатками. Их применение
повышает точность станка, но несколько снижает технологичность. Выне-
сенная коробка скоростей соединяется со шпиндельнымузлом ременной
11 Махров
305

передачей, которая получается иногда слишком громоздкой, если она
является последней передачей в приводе во всем диапазоне его скоростей.
Во избежание этого при разделенном приводе применяют перебор, распо-
ложенный параллельно шпинделю (сложенная структура, преимущества
которой раскрыты в § 88). Разделенный привод применяют в станках
повышенной точности и в станках с малыми размерами.
Роль осевых и радиальных размеров коробок передач в станках
различных типов неодинакова. Например, у продольно-фрезерных стан-
ков при большой протяженности коробки скоростей в осевом направле-
нии электродвигатель оказывается сильно удаленным от направляющих
шпиндельной бабки. Это может привести к увеличению вибраций. Высота
вертикально-сверлильного станка зависит от осевого размера коробки
скоростей, если она прикреплена наверху стойки. В тяжелых токарных
станках длина шпиндельной бабки со встроенной коробкой скоростей
составляет обычно небольшую часть всей длины станка и поэтому не
имеет решающего значения. Наоборот, от радиальных размеров коробки
зависит ширина станины, что очень важно.
Компактность коробки передач в том или ином направлении зависит
прежде всего от взаимного расположения групп передач. Уменьшения
осевых размеров коробки передач достигают совмещением осевых разме-
ров групп передач. Йри трех группах передач первую и третью группы
можно расположить на развертке одну под другой (сравнить рис. 210,я и б) ,
уменьшая размер до А2. При этом небезразлично, переносить ли третью
группу влево (рис. 210, б) или первую - вправо (рис. 210, в). Если
вал /И — шпиндель, передний конец которого справа, то лучше вариант
по рис. 210, в: зубчатые колеса оказываются ближе к более жесткой
передней опоре, и меньшая часть длины шпинделя будет скручиваться
силами резания.
Вариант на рис. 210, в предпочтительнее также с точки зрения техно-
логичности. В других вариантах на одной ласти вала III должна быть
обеспечена подвижная посадка для блока, на другой части — неподвиж-
ная посадка для колес. Это осложняет механическую обработку и сборку.
В варианте на рис. 210, в по всей длине валов II и III одинаковые посад-
ки. Достичь этого изменением подвижности колес в третьей группе было
бы менее целесообразно, так как располагать передвижной блок колес
Рис. 210. Варианты расположения групп передач по длине коробки
306

йа шпинделе нежелательно (зазор в соединении может привести к эксцен-
триситету колес и неуравновешенности шпинделя). Если большое колесо
последнего блока (рис. 210, в) не может пройти мимо колес первой
группы, можно совместить те части групп, которые не мешают друг другу.
Существуют приемы, позволяющие полностью или частично совме-
щать группы передач по длине. Так, на рис. 202, в введением постоянной
передачи z4/z\ совмещены по длине тройные группы передач.
Длина коробки может быть сокращена на ширину зубчатого венца
применением связанного колеса, т. е. такого, которое участвует в двух
группах передач. Например, на рис. 211, а показаны две группы, в кото-
рых на общем валу оказались рядом колеса с одинаковым числом зубьев
(такие колеса специально стараются получить при расчете zR и z^ —
см. § 90). На рис. 211, б оставлено одно из одинаковых колес — связан-
ное колесо С. В верхней группе оно является ведомым, а в нижней —
ведущим. Если со связанным колесом сцеплены оба блока, оно стано-
вится паразитным колесом. На рис. 211, в показан еще более экономный
вариант расположения колес.
Длина коробки уменьшается на ширину связанного колеса при одина-
ковых модулях колес в группах. Если модули по расчету должны быть
неодинаковы, приходится уравнивать их по большему значению. Тогда
уменьшения длины может не быть, но такой вариант рентабелен из-за
уменьшенного числа колес.
Минимальные радиальные габариты коробок передач получают прежде
всего, добиваясь наименьших радиальных размеров в каждой группе
передач. Для этого в пределах группы стремятся выдержать соотношение
/’minimax = Сильно увеличиваются радиальные габариты в случае
приближения к предельно допустимой редукции, особенно на выходе
коробки, где модуль зубчатых колес максимален.
Большое влияние на радиальные габариты коробки передач оказы-
вает рациональная свертка валов (взаимное расположение осей валов в
поперечном разрезе коробки передач). При этом наибольший эффект
получается, если совмещать оси валов. При проработке свертки валов
по рис. 211, а их центры составляют треугольник, причем степень сближе-
ния осей I и III зависит от наибольшего колеса на одном из этих валов
и радиуса другого вала. На рис. 211, г показан пример совмещения осей/
Рис. 211. Способу сокращения осевых и радиальных размеров коробок передач
И*	\	301

и ///, которое возможно при уравнивании межцентровых расстояний
обеих групп и увеличении продольных размеров коробки.
Свертку встроенной коробки скоростей начинают с оси шпинделя,
положение которого относительно основания станка или его основных
узлов в ряде случаев оговорено стандартами. У консольно-фрезерных
и вертикально-сверлильных станков боковые стенки корпуса должны
быть симметричны относительно оси шпинделя Л/ (рис. 212, а).
У токарно-винторезных станков расстояние II оси шпинделя от осно-
вания коробки (рис. 212, б) должно обеспечить возможность установки
заготовки наибольшего диаметра над направляющими станины. По гори-
зонтали ось шпинделя смещают относительно середины коробки (шири-
ной В) в сторону, противоположную лицевой стенке, на расстояние,
равное среднему радиусу заготовки гср. Тогда при любых радиусах изде-
лия сила резания будет смещена относительно середины коробки не более,
rmax _ rmin
чем на --------------, где rmax и rmin — соответственно максималь-
ный и минимальный радиусы заготовки. Середина коробки примерно
совпадает с серединой расстояния между направляющими суппорта. Чем
больше сила резания смещена от середины, тем больше неравномерность
распределения нагрузки между направляющими, интенсивнее их изнаши-
вание. Несимметричность нагрузки и корпуса, нагрузки и направляющих
может быть источником скручивающих, опрокидывающих моментов.
При другом подходе координируют положение оси шпинделя отно-
сительно направляющих так, чтобы равнодействующая сила резания Р,
проходящая под углом 30° к вертикали (рис. 212, в), при определенном
диаметре (полученном статистическим путем) проходила через призма-
тическую направляющую суппорта.
При неограниченных габаритах коробки передач (например, если
ее валы размещены в стойке консольно-фрезерного станка, а не в собствен-
ном корпусе) центры валов можно располагать на одной вертикальной
прямой (рис. 212, а), это удобнее для расточки корпуса. Если коробка
передач имеет собственный корпус и крепится к горизонтальной плоскос-
ти, то располагать валы таким образом нельзя из-за пониженной жесткос-
Рис. 212. Расположение оси шпинделя в свертке коробки скоростей станков:
а - горизонтально-фрезерного; б, в - токарно-винторезного
308

ти корпуса при обработке и пониженной устойчивости коробки при эксплу-
атации (возможны повышенные вибрации). По одной горизонтали центры
всех валов обычно не располагают вследствие большой протяженности
коробки.
Свертывая развертку и стремясь при этом к компактности, т. е. к
минимальным пустотам в корпусе, стараются, чтобы вертикальный размер
коробки по крайней мере не превышал горизонтального размера. Быстро-
ходные и тяжело нагруженные валы должны быть как можно ближе к
установочной базе коробки для большей ее устойчивости. Необходимо
следить за тем, чтобы контур электродвигателя или наружный диаметр
шкива по-возможности не выступал за пределы контура корпуса, особен-
но со стороны его крепления. Валы с управляемыми элементами коробки,
например с передвижными колесами, следует размещать, учитывая воз-
можно более простое соединение их с органами ручного управления.
§96	. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
КОРОБОК ПЕРЕДАЧ
В комплексе с рассмотренными вопросами конструирования коробок
передач должны решаться задачи смазывания, герметизации, разработки
устройств управления переключением. Смазывание и герметизация не
второстепенные вопросы. При их решении должны учитываться все осо-
бенности конструирования: вариантность решений, возвратный характер
процесса и др. (см. гл. 20).
От эффективности смазки зависят силы трения (см. § 7) . Смазывание
может уменьшить тепловыделения (или увеличить их при неправильном
решении), а также отвести образовавшуюся теплоту. От смазки зависят
технико-экономические показатели качества станка, в особенности долго-
вечность.
Зубчатые колеса коробок передач можно смачивать в масляной
ванне. Коробки скоростей удовлетворительно смазываются разбрызгива-
нием, для чего в масло на глубину, равную 2...3 высотам зуба, погружают
колесо с окружной скоростью 1...6 м/с или диск с лопастями. Эффектив-
но для любых коробок передач смазывание поливанием с помощью
насоса, в том числе плунжерного, встроенного в коробку.
При поливании зубчатых колес или разбрызгивании масла не тре-
буется дополнительного подвода смазочного материала к подшипникам
валов (не шпинделя!). В коробках подач подшипники качения могут
быть заполнены пластичным смазочным материалом. Вопросы смазыва-
ния в станках освещены в [2, 47]. О смазывании шпиндельных подшип-
ников см. § 100.
При конструировании коробок передач должна быть продумана
установка маслорасп ре делителя, маслоуказателя и других стандартных
элементов. При конструировании системы смазывания смачиванием и
разбрызгиванием большое значение имеет расположение валов в свертке.
Герметизация коробки передач препятствует проникновению пыли
и СОЖ в коробку, а масляного тумана - в окружающее пространство,
что сказывается на долговечности механизмов и условиях труда обслужи-
309

вающего персонала. Уплотнительные устройства охватывают вал, выходя-
щий из корпуса там, где на консоли закреплен, например, шкив (соеди-
нительная муфта, сменное колесо).
При выборе типа уплотнения учитывают прежде всего окружную
скорость уплотняемой поверхности (шейки вала). Так, сальниковые
кольца даже из тонкошерстного войлока должны работать при скорости
не более 5 м/с. Резиновые манжеты допускают скорости до 20 м/с. Лаби-
ринтные уплотнения сложнее и дороже, но зато не ограничивают скорость,
работают без трения, изнашивания и нагрева. В ответственных конструк-
циях применяют комбинированные уплотнения. При конструировании
уплотнительных устройств надо обеспечивать центрирование уплотняю-
щего элемента, чаще всего с помощью кольцевого выступа крышки,
входящего в корпус.
Устройства управления переключением коробок передач конструи-
руют исходя из особенностей различных механизмов и проектируемого
станка (узла). Например, при большой длине хода тройного блока ]
колес нельзя передавать ему движение от рукоятки через короткий
рычаг 3 (рис. 213), так как при большом угле поворота рычага слишком
велико смещение б камня 2 с оси вала и возможно заклинивание блока
(а — угол между направлением у движения блока и движущей силой Г).
При этом не всегда можно достаточно уменьшить угол поворота рычага
увеличением его длины. Тогда рычаг должен быть заменен передачей
зубчатый сектор (колесо) — рейка.
Для тяжелого передвижного блока на вертикальном валу может
оказаться недостаточной фиксация управляющего устройства с помощью
шарика. В этом случае можно применить нормализованные ручки с вы-
тяжным фиксатором или другой конструкции [2,35].
При конструировании современных станков идут на усложнение
устройств, управляющих переключением, чтобы заменить несколько
рукояток одной-двумя. Это улучшает внешний вид, повышает удобство
и быстроту переключения. Примеры таких устройств рассмотрены в § 8.
При этом следует соблюдать требования эргономики [47].
Коробки передач обычно содержат много валов, зубчатых колес
и других деталей. Поэтому следует обратить внимание, возможна ли и
удобна ли сборка узла. В частности, для этого при конструировании
корпуса делают крышку, закрывающую окно или заменяющую верх-
нюю стенку корпуса . Размеры окна должны быть достаточными не толь-
ко для введения в корпус наи-
больших зубчатых колес, но и
для выполнения других дейст-
вий в процессе сборки. Необ-
ходимо проверить, ‘удобно ли
пользоваться слесарно-монтаж-
ным инструментом, например
ключами, при креплении дета-
лей.
Рис. 213. Недостатки короткого
рычага переключения
310

§97	. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
При выборе мощности двигателя конструктор стремиться, с одной
стороны к тому, чтобы ее хватило для наиболее тяжелых режимов обра-
ботки и чтобы охватить все виды работ, а с другой стороны к тому, чтобы
получить возможно меньшие габаритные размеры, металлоемкость,
стоимость привода, повысить степень его использования.
Мощность электродвигателя N затрачивается на резание (N3 — эф-
фективная или полезная мощность) и преодоление трения в приводе
(JVT — потери мощности) :
N = 7W + 7VT = Nv + Ns + NT ,
J 1 V 0	1 ’
где Nv и Ns — мощности, которые необходимы для осуществления соот-
ветственно главного движения и движения подачи. Мощность (кВт)
лг PzV	. pxvs
N = —-------- -f-------
э	60*103	60-106 ’
где Pz — тангенциальная составляющая силы резания, Н; v — скорость
главного движения резания, м/мин; Рх — составляющая силы резания
в направлении подачи, Н; vs — скорость подачи, мм/мин.
Потери мощности на трение учитывают, вводя КПД: N — Общий
КПД т] привода можно рассчитать по кинематической схеме, перемножив
КПД всех передач и опор: т] — тн т?2 Данные о КПД отдельных пар
приведены в работе [47]. При предварительном определении мощности
двигателя принимают: для коробок скоростей ??кс = 0,7...0,85 и для
коробок подач т?= 0,15...0,2.
Для многих станков, в особенности с кратковременными опера-
циями (токарно-револьверные, сверлильные), допустима перегрузка
Аэ
электродвигателя, достигающая 25 %. Тогда N =-------.
1,25 ??
В токарных и сверлильных станках мощность, необходимая для
привода подачи, составляет 3...5 % мощности привода главного движения.
При расчете мощности общего двигателя достаточно ввести соответствую-
щую поправку, не определяя Ns и У Фрезерных станков доля мощ-
ности подачи достигает 15...20 %, принята скорость подачи, а не подача
на оборот шпинделя; поэтому у них обычно привод подачи имеет отдель-
ный двигатель, мощность которого определяют по формуле
TV =-----Ц—
п 60*106
где F— тяговая сила, Н. Для фрезерных станков
+ f'(Pz+mg),
где кх — 1,4 — коэффициент, учитывающий влияние опрокидывающего
момента; Рх, Р2, Ру — составляющие силы резания, соответственно:
действующая в направлении подачи, прижимающая стол к направляю-
щим и отрывающая стол от направляющих, Н; f = 0,2 — приведенный
коэффициент трени^ на направляющих; к 2 — коэффициент, учитываю-
щий форму направляющих; к2 = 1 для прямоугольных направляющих,
/	311

к 2 = 2 для направляющих в форме ласточкина хвоста; т — масса пере-
мещаемых частей, кг; g = 9,8 м/с2 — ускорение свободного падения.
Для определения тяговой силы F в токарном станке с призмати-
ческими или комбинированными направляющими пользуются формулой
F=kJ>x + f’(Pz+mg),
гдекг = 1,15 и/ = 0,15...0,18.
При определении мощности N3 для токарно-револьверного станка
следует учитывать возможность совмещения переходов (например, про-
дольного точения и сверления).
Во избежание грубых ошибок рассчитанная мощность должна срав-
ниваться с мощностью, принятой для аналогичных станков. Наиболее
точно (для специальных станков) мощность N3 определяют экспери-
ментально.
Мощность предварительно определяют до разработки кинемати-
ческой схемы, так как от N зависит выбор типов передач. После разра-
ботки схемы и уточнения N выбирают по каталогам тип электродвига-
теля с учетом его частоты вращения и условий работы.
§98	. РАСЧЕТЫ ДЕТАЛЕЙ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ
Прочность является основным критерием, определяющим работо-
способность зубчатых колес, валов, опор и других деталей коробок
передач. Имеет значение также жесткость, а в отдельных случаях — вибро-
устойчивость.
Для станка любого типа нагрузка меняется в зависимости от выпол-
няемой операции, материалов заготовки и инструмента, режима обра-
ботки (черновая, чистовая операции) и других факторов. Переменность
режимов работы — существенная особенность большинства станков,
которая должна учитываться в расчетах.
Коробки скоростей. Скорость главного движения резания v назна-
чается в основном независимо от диаметра (заготовки или инструмен-
та) . Независима от этого диаметра также и сила резания Р. Следователь-
но, при изменении только диаметра и частоты вращения мощность реза-
ния N = Pv = const (здесь TV—в Вт; Р — в Н; г — в м/с) . Следовательно,
коробки скоростей регулируются при постоянной мощности. При пере-
ключении коробки скоростей меняется частота вращения выходного
вала п, его угловая скорость со =	[рад/с]. Так как М = —— , то при
N = const изменение угловой скорости обратно пропорционально измене-
нию крутящего момента М. Наибольший момент должен быть при наи-
меньшей частоте вращения.
Однако при разных операциях мощность, потребляемая для резания,
неодинакова. Опыт эксплуатации станков, в особенности универсаль-
ных, показывает, что в нижней части ряда частот вращения полная мощ-
ность электродвигателя, как правило, не используется. Например, при
развертывании введение в расчет минимальной частоты привело бы к
неоправданному завышению размеров деталей.
312

Статистические данные обследования станков позволили вырабо-
тать обобщенную рекомендацию по определению расчетной частоты
вращения шпинделя: за лр принимают частоту, соответствующую верхней
ступени нижней трети диапазона регулирования [13] или нижней ступени
второй ” от «min — четверти диапазона [47] } . При двенадцати ступенях
скорости привода лр = п4 (на рис. 199, б лр = 200 мин”1). Считают,
что полная мощность может использоваться при частотах лр и выше.
В каждой группе передач рассчитывают одну, наиболее нагружен-
ную передачу. По графику на рис. 199, б видно, что выходной вал V
получает вращение с частотой и = 200 мин”1 по цепи	На
следующей ступени при п — 250 мин”1 максимальный возможный мо-
мент на валу V меньше, однако вал IV нагружен больше, чем в преды-
дущем случае, так как он передает полную мощность при меньшей час-
тоте вращения (315 вместо 630 мин”1). Таким образом,расчетной цепью
коробки скоростей следует считать условную цепь, составленную из
двух участков: участка минимальных передаточных отношений от дви-
гателя до предпоследнего вала (z i z 2 z б) и последней передачи при расчет-
ной частоте вращения (выделено толстыми лучами). В отдельных слу-
чаях оба участка на графике соединены без разрыва. Такой подход согла-
суется с рекомендациями работы [13] о том, что при расчете универсаль-
ных станков для деталей привода, расположенных на входе кинематичес-
кой1 цепи, следует выбирать более тяжелый режим, чем для деталей,
расположенных на выходе.
Крутящий момент на любом звене расчетной цепи (без учета КПД
и динамических явлений) Мр = M3li* , где М3 — полный крутящий мо-
мент на валу электродвигателя; i' — передаточная величина от двигателя
до рассчитываемого звена.
В уточненных расчетах учитывают также КПД 77 участка цепи от дви-
гателя до рассматриваемого вала: 7Ир = М3 г} / z1 .
При расчете станков с неравномерным процессом резания (фрезер-
ные станки) или с резкими реверсом, врезанием (например, строгаль-
ные станки) должен быть учтен коэффициент динамичности кд ~ 1,5...2
(если нет более точных данных) : 7Ирд — кД9 где Мр иЛГрд — соответ-
ственно статический и динамический расчетные моменты.
Расчетный режим нагружения специальных станков определяют
экспериментально при лабораторных исследованиях или по аналогии
с такими же действующими станками.
Коробки подач. Движение подачи в большинстве случаев прямо-
линейно. При расчете коробок подач исходят из уравнения работы за
один оборот вала тягового устройства. Без учета КПД
Fh = 2ттМК,
где F — тяговая сила подачи; h — ход тягового устройства; МК — крутя-
щий момент на валу тягового устройства. Для ходового винта число
заходов всегда равно единице и h = Р — шагу резьбы. Для реечной пере-
дачи с диаметром d колеса h = ir d. Если у кулачкового механизма рабо-
чая кривая в форме архимедовой спирали, то под h понимают ее шаг,
т. е. подъем в пересчете на 360°.
313

Крутящий момент на промежуточном валу с номером / Мк/- ' /77,
где i' и п — соответственно передаточная величина и КПД участка цепи
от вала j до тягового устройства. Определив Мк из уравнения работы и
подставив его в формулу для 7Ику, получим
MKi	=---------- Sj ,
к' 2я г] 2000я1?	1
где Sj — подача на оборот вала /, мм/об. Крутящий момент пропорциона-
лен подаче. Следовательно, за расчетную цепь подач должна быть принята
цепь, обеспечивающая максимальную подачу. Наибольшим будет крутя-
щий момент на самом тихоходном валу этой цепи.
Расчеты деталей коробок передач. Зубчатые колеса работают при
переменных режимах. Прочность является основным критерием, ограни-
чивающим их работоспособность. Коробки скоростей содержат преиму-
щественно цилиндрические зубчатые колеса, передающие значительные
нагрузки при высокой скорости. Такие колеса рассчитывают на контакт-
ную выносливость зубьев, так как у них возможно усталостное выкраши-
вание рабочих поверхностей.
При проектировочном расчете определяют делительный (или началь-
ный) диаметр шестерни (мм) :
• (Л 1 — 1\ ,] X/	~	,
'f'bd ° tip	и
где Kd - вспомогательный коэффициент; М\ — крутящий момент на валу
шестерни, Н-м; ки$ - коэффициент, учитывающий распределение
нагрузки по ширине зубчатого венца; фЬ(^ — коэффициент ширины зубча-
того венца; оИР - допустимое контактное напряжение, МПа; и - пере-
даточное число (отношение числа зубьев большого колеса к числу зубьев
меньшего колеса передачи).
N
Если циклограмма нагружения неизвестна, то — 9550 -— , где
"р
N - в кВт; Ир - в мин 1.
Напряжение оИР зависит от материала, термообработки и режима
нагрузки, в частности, от соотношения N не/^ НО ~ эквивалентного и
базового числа циклов перемены напряжения. Для коробок скоростей
станков во многих случаях NHE!NH0 больше или незначительно меньше
единицы и потому может не учитываться. Тогда можно принять для,
незакаленной стали а рР = 2,75 НВ, где НВ — число единиц твердости.
Для закаленной стали в зависимости от твердости HRC в большинстве
случаев о^Р — 800... 1100 МПа.
Коэффициент Ф^ц — b/d, где b - ширина зубчатого венца, ф bd = 0,2
для передвижных прямозубых колес; ф^ - 1,5 для косозубых колес,
i/z bd — 0,4 ПРИ консольном расположении прямозубого колеса.
Коэффициент зависит от расположения колес относительно опор,
твердости зубьев, коэффициента ф dd и выбирается, например,йо табл. 6.3
[40] или графикам.
Для остальных колес Kd = 770 при прямых зубьях, Kd = 675 при
косыхзубьях.
314

Найдя d1} определяют модуль т передачи. Для колес без смещения
исходного контура
Я.
т = ---- cosp,
zi
где Zi — число зубьев шестерни, полученное при кинематическом расчете;
0 — угол наклона зуба. Рассчитанный модуль округляют до стандартного
значения. Для колес одной группы передач принимают, как правило,
общий модуль и одинаковый коэффициент bd-
При проверочном расчете определяют ожидаемые в передаче контакт-
ные напряжения о н (должно быть о # < °нр) :
7 7 7	«ГТ"
°н -d и
где ZH — коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей
зубьев, зависящий от /3 и угла зацепления a; ZH = x/2c°s|3/sin2a; для
прямозубых колес ZH = 1,76.
Коэффициент Ztf учитывает механические свойства материалов
колес; для стальных колес ZM — 274.
Коэффициент Ze учитывает суммарную длину контактных линий;
для прямозубых колес Ze = v---------~, для косозубых колес Ze =
= у--------, причем коэффициент торцового перекрытия пары колес с
числами зубьев zf- и z\
еа~ [1,88-3,2( — + --)] cosp.
zi zi
Удельная расчетная окружная сила (Н/мм)
2000ЛЛ
^Ht - ---------->
где Кна — коэффициент, который учитывает распределение нагрузки
между зубьями; при прямых зубьях Кца = 1, для косозубых колес
7-й степени точности Кца зависит от окружной скорости:
Мм/с)............................. 2,5	5	10	15	20
кНа............................... 1,03	1,05	1,07	1,09	1,12
Коэффициент имеет значение, принятое при проектировочном
расчете.
Коэффициент KHv учитывает динамическую нагрузку:
К =1 । wHvbdl
Hv 2000MtKjiaKHp ’
где wHv — удельная окружная динамическая сила, Н/мм;
315

wHv = ^HSov y/afiT,
где я— межосевое расстояние.
Коэффициент 6н учитывает вид зубчатой передачи и твердость зубьев.
При твердости одного из сопряженных колес НВ < 350 принимают 5 и =
= 0,006 при прямозубых зубьях и 6 н = 0,002 при косых зубьях; при
НВ > 350 принимают соответственно 6 н = 0,014 или 5# = 0,004.
Коэффициент g0 учитывает влияние разности шагов зацепления
шестерни и колеса; для колес 7-й степени точности принимают g0 = 47
при т < 3,5 мм,g0 = 53 при 4 < т < 10 мм. При тех же условиях соответ-
ствующие предельные (максимальные) значения xvHv = 240 или w Hv = 310.
Более подробно и полно вопросы расчета рассмотрены в курсе ’’Де-
тали машин”.
Валы коробок передач предварительно рассчитывают исходя из допус-
тимого угла закручивания [^] на 1 м длины вала. При [^] = 0,5° средний
4 f~~N *
диаметр вала (мм) d = 110 у------. Посадочные диаметры под зубчатые
"р
колеса, подшипники и другие детали должны отвечать ГОСТ 6636—69.
Проверочный расчет валов проводят после завершения разработки
конструкции. Порядок расчета следующий.
1.	Составляют расчетную схему (см. § 84). Если силы расположены
в разных плоскостях (и угол между ними более 30°), то схему строят
в двух взаимно перпендикулярных плоскостях I и II (например, верти-
кальной и горизонтальной).
2.	Определяют силы и крутящий момент, действующие на вал, в том
числе реакции опор (в каждой плоскости) .
3.	Строят эпюры изгибающих моментов и (в каждой плоскос-
ти) и эпюру крутящего момента Мк (Н • м) .
4.	Определяют суммарные изгибающие моменты для предполагаемых
опасных сечений вала: Ми = убц2+^n •
5.	Определяют амплитуду (МПа) нормальных напряжений изгиба оа
и касательных напряжений та для опасных сечений:
. Ми	Мк
ц/ > та ~~ ггпах ~	’
где W — осевой момент сопротивления сечения изгибу, мм3 ; Wp — поляр-
ный момент сопротивления кручению, мм3 .
6.	Определяют запасы прочности по выносливости (расчет на усталост-
ную прочность) :
общий коэффициент запаса прочности
пипт
+ ПГ 1
коэффициенты запаса прочности соответственно по нормальным и
касательным напряжениям
316

°-1 т-1 "~r"
П° ~ ка	’Пт кт_ .
0а+^о0т	та+ тттт
еа	ет
где о _ j и г _ j — пределы выносливости соответственно при изгибе и кру-
чении, причем о' _ i ~ 0,43 о ь, т _ 1 « 0,58 о _ j; для наиболее распростра-
ненных материалов валов (сталь 45; 20 X; 40 X) предел прочности =
= 56О...9ООМПа.
'Коэффициенты концентрации напряжений при изгибе ка и кручении
кт зависят от формы вала (наличие галтелей, канавок, отверстий, шли-
цев и т. п.), их выбирают по таблицам, например табл. 10.6...10.8 [40].
Масштабные факторы е о и ет , учитывающие абсолютные размеры вала,
могут быть взяты из табл. 10.10 [40]. Коэффициенты i//a и фт учитывают
влияние асимметричности цикла изменения напряжений. Средние напря-
жения о m и т m в частном случае — для реверсивных валов (симметрич-
ный цикл) — равны нулю.
7.	Сравнивают п с допустимым коэффициентом [л] = 1,5^..1,8. Долж-
но быть и > [и].
8.	Проводят расчет на жесткость, определяя в каждой из плоскостей
I и II расчетной схемы углы наклона упругой линии вала под зубчатыми
колесами и подшипниками, а также максимальное значение прогиба.
Используют формулы и методы из курса ’’Сопротивление материа-
лов”. Для некоторого расчетного сечения вала полный угол наклона
0 — л/flj +	* и полный прогиб
/	9	у!
У = VJi + У И •
9.	Сравнивают 0 и у с допустимыми [0] и [у]. Для расчетного сече-
ния под зубчатыми колесами [0] =0,001 рада, под подшипниками каче-
ния [0], рад: 0,005 - при шариках; 0,0025 — при цилиндрических роли-
ках; 0,0016 - при конических роликах. При длине пролета I между опо-
рами [у] = (0,0001...0,0005)/.
Вопросы для самопроверки
1.	Каковы достоинства и недостатки способа переключения передач посред-
ством муфт?
2.	Раскрыть способы сокращения осевых размеров коробок передач.
3.	Что понимают под расчетной цепью коробки скоростей?
ГЛАВА 23.
КОНСТРУИРОВАНИЕ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ
§99. ТРЕБОВАНИЯ И ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ,
ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ КОНСТРУКЦИЮ
Шпиндельные узлы станков сообщают вращение инструменту или
заготовке и служат для базирования и закрепления последних. В разной
мере на шпиндельные узлы распространяются все критерии работоспо-
собности.	\
317

Точность вращения характеризуется биением переднего конца шпин-
деля. Радиальное биение важно для шпинделей изделий при обработке,
например, цилиндрических поверхностей и для шпинделей дискового
инструмента, работающего периферией (см. рис. 145, а). Осевое биение
ограничивают при обработке торцевых поверхностей тел вращения или
при работе торцом вращающегося инструмента (см. рис. 145, б). При
конической или винтовой форме поверхностей (если резьба не прямо-
угольная) имеют значение также радиальное и осевое биения. Биения
шпинделя регламентированы ГОСТами (для каждого типа станка) .
Жесткость шпиндельного узла влияет на точность обработки, так
как из-за деформирования зона контакта инструмента с заготовкой
смещается относительно оси вращения. Деформирование изменяет ха-
рактер контакта между опорными поверхностями подвижных деталей и
между зубьями приводных колес, что ведет к их изнашиванию. От жесткос-
ти зависит виброустойчивость.
Виброустойчивость имеет наибольшее значение для скоростных
узлов и отделочных станков, она влияет на шероховатость обработан-
ной поверхности и на стойкость инструмента, от нее зависят допустимые
режимы обработки.
Износостойкость рассматривают применительно к поверхностям,
несущим сам шпиндель (его шейки, детали опор), а также к поверх-
ностям шпинделя, которые сопрягаются со сменными частями (патрона-
ми, оправками) . Изнашивание вызывает снижение точности.
Теплостойкость обеспечивает постоянство зазора или натяга в опорах,
а в отдельных случаях стабилизирует положение переднего конца шпин-
деля во времени.
Прочность имеет значение лишь в тяжело нагруженных станках.
Конструкция шпиндельного узла должна быть такой, чтобы при
эксплуатации можно было быстро и надежно, а часто и автоматически
менять и закреплять инструмент (заготовку) .
Начинают конструировать шпиндель с конца, который связан с инстру-
ментом (изделием). Форма и размеры всех элементов этого конца долж-
ны быть взяты из стандарта: ГОСТ 12593—72 — для токарных и револь-
верных; ГОСТ 24644—81 — для сверлильных, расточных и фрезерных;
ГОСТ 2323—76 и ГОСТ 2324—77 — для шлифовальных станков. В шпин-
дельных узлах, изображенных в разд. 2, видно как выглядят концы шпин-
делей в станках различных типов (например, рис. ПО). Хвостовики ин-
струментов или оправок чаще всего базируются в шпинделе с помощью
конуса.
В станках-автоматах закрепление оправки в шпинделе производится
пружиной, а освобождение — гидравлическим (пневматическим) цилинд-
ром. При этом желательно осевые силы в механизме зажима замыкать
так, чтобы они не передавались на опоры шпинделя.
Пример конструкции зажимного устройства для фрезерного станка
показан на рис. 214. Хвостовик 2 зажат в шпинделе 1 с помощью пакета
тарельчатых пружин 9 и шарикового захвата (шарики4, обойма-палец#) ,
тянущего винт 3 за головку. Детали шпинделя при его вращении не сопри-
касаются с деталями цилиндра 15 и штоком 12 (зазоры а и Ь). Масло,
318

Рис. 214. Механизм зажима инструмента в шпинделе
подаваемое под давлением в цилиндр 15, сначала доводит шток 12 до
упора в палец 8, преодолевая пружину 13, в результате чего уменьшается
зазор а. Затем цилиндр 15 смещается вправо до соприкосновения гаек 10
и 11 (преодолевается сила пружины 14, уменьшается зазор Ь). После
этого возобновляется движение штока 12, который перемещает палец 8,
сжимая пружины 9 и выбирая зазор с. Хвостовик 2 с винтом 3 выталки-
вается из шпинделя 1. Шарики 4 переходят в левую часть втулки5, где
внутренний диаметр больше, и расходятся. Чтобы шарики не выскочили
из обоймы-пальца 8, после удаления винта 3 на его место под шариками
пружиной 7 выдвигается стержень 6. Необходимо, чтобы общий ход
поршня относительно цилиндра h > а + b + с.
Конструктивная форма большей части шпинделя зависит от типа
его опор, размещения элементов привода, а также уплотнительных уст-
ройств. Опорные шейки должны быть такого диаметра, чтобы не было
резких перепадов между концом шпинделя и другими его участками.
Расстояние между опорами может определиться после выявления длины
корпуса в процессе конструирования остальной части шпиндельного
узла. В станках нормальной точности со шпинделем на опорах качения
межопорное расстояние ориентировочно принимают в 3 раза больше
диаметра передней опорной шейки. Оптимальное расстояние между опо-
рами находят при расчете узла на жесткость. Длину консольной части
шпинделя во всех случаях стремятся сделать минимальной.
Элементы привода, например зубчатые колеса, должны располагаться
на шпинделе возможно ближе к опорам. Во избежание биений этих эле-
ментов для них предусматривают посадки с натягом, применяют кони-
ческие соединения. На шпинделе нежелательно располагать детали, пере-
мещающиеся вдоль оси (например, передвижные колеса), устройства,
выделяющие теплоту (например, электромагнитные муфты). Стремятся
к наибольшей конструктивной простоте шпинделя, для чего должно
быть минимальным число шпонок, резьб и участков с различными диа-
метрами.
319

§100. ШПИНДЕЛЬНЫЕ ОПОРЫ КАЧЕНИЯ
В опорах шпинделей применяют все основные типы нормальных
подшипников качения: шариковые и роликовые, радиальные, радиально-
упорные, упорные. Существует много специальных конструкций под-
шипников, приспособленных для шпиндельных узлов и обеспечиваю-
щих их повышенную точность, быстроходность, грузоподъемность. Кон-
структору необходимо знать свойства, достоинства и недостатки под-
шипников различных типов, так как от правильного выбора в решаю-
щей степени зависит работоспособность и качество шпиндельных узлов:
точность, долговечность, жесткость, теплостойкость.
Основные особенности соединений качения описаны в § 7. Приме-
нительно к шпиндельным узлам, диапазон угловой скорости и нагрузки
которых велики, большим достоинством подшипников качения является
их приспособленность к переменным условиям работы. Другим их дос-
тоинством являются малые осевые размеры, возможность централизо-
ванного изготовления, простота смазывания и замены при ремонте. Прос-
тота и легкость обслуживания вместе с другими достоинствами привели
к тому, что более 95 % шпинделей устанавливают на подшипниках ка-
чения.
Выбор типов подшипников качения. Свойства выбираемых подшипни-
ков должны соответствовать условиям их работы в шпиндельном узле.
Необходимо учитывать значение сил и направление сил, быстроходность,
точность. Например, несущая способность и жесткость выше у ролико-
подшипников, чем у шарикоподшипников. Радиальные шарикоподшипни-
ки способны воспринимать не только радиальные, но и небольшие осе-
вые силы; радиальные подшипники с цилиндрическими роликами воспри-
нимают только радиальную нагрузку, а упорные шарикоподшипники —
только осевую. Из шарикоподшипников наиболее быстроходны радиаль-
но-упорные, наименее быстроходны — упорные. Упорные шарикопод-
шипники сравнительно менее точны и плохо работают даже при умерен-
ных перекосах. Недопустимы перекосы подшипников с цилиндрическими
роликами.
В шпиндельном узле часто комбинируют подшипники различных
типов. При этом учитывают, что передняя опора более нагружена в ра-
диальном направлении, чем задняя опора, и в большей степени влияет
на точность вращения шпинделя.
В большинстве случаев осевую нагрузку воспринимает одна из опор,
другая должна быть плавающей, т. е. не закрепленной в корпусе в осе-
вом направлении, чтобы смещаться при температурном деформировании
шпинделя. Вдоль оси шпиндель удерживается парой упорных или радиаль-
но-упорных подшипников (последние могут быть установлены вместе с
радиальными подшипниками или воспринимать комбинированную нагруз-
ку полностью). Если осевые силы в противоположных направлениях
существенно различны, возможна комбинация упорного и/радиально-
упорного подшипников. Осевая фиксация шпинделя в задней опоре упро-
щает шпиндельный узел (радиальные силы в задней части шпинделя
меньше, чаще возможно комбинированное использование радиальне-
320

Рис. 215. Температурные деформации
шпинделя при различном расположе-
нии подпятника:
а - спереди; б — сзади
упорных подшипников без добавления упорных подшипников, а при
их добавлении все-таки достигается выигрыш в размерах из-за меньшего
диаметра хвостовой части шпинделя). Однако в высокоточных станках
недопустимо фиксировать шпиндель сзади, так как большая часть темпе-
ратурной деформации будет влиять на положение базового конца шпин-
деля (рис. 215, б). Осевая фиксация в передней опоре увеличивает здесь
степень защемления, а значит и жесткость.
Конструкция опор. Опоры качения для шпинделя, как правило,
должны быть с предварительным натягом, т. е. с постоянной дополнитель-
ной нагрузкой тел качения (подробнее см. в § 7). В отличие от опор
валов в подшипниках шариковых и с коническими роликами предвари-
тельный натяг создают обычно в каждой опоре шпинделя независимо,
чаще всего устанавливая распорные втулки разной длины между наруж-
ными и внутренними кольцами пары подшипников (см. рис. 92 и 110 —
в задней опоре). Для этого даже в плавающей опоре применяют пару
подшипников независимо от нагрузки.
Специальные шпиндельные подшипники качения различаются прежде
всего способами создания предварительного натяга, который обеспечи-
вают на заводе-изготовителе подшипников или устанавливают при сборке
шпиндельных узлов. Самый распространенный тип подшипника, приме-
няемый в опорах шпинделя, показан на рис. 216. Это — радиальный двух-
рядный роликоподшипник с коническим посадочным отверстием. Один
ряд роликов смещен по окружности относительно другого ряда, благо-
даря чему ролики располагаются в шахматном порядке, увеличивая число
опорных точек. Предварительный натяг между роликами и кольцами
регулируют гайкой 7, которая надвигает на конус внутреннее кольцо 2,
упруго деформируя, разжимая его.
Базирование кольца на коротком конусе большего диаметра воз-
можно с перекосом, поэтому для повышения точности вводят дополни-
тельную базу — бурт шпинделя. Кольцо 2 подшипника прижимают к
бурту через дистанционное кольцо 5, длину которого пригоняют (коль-
цо 3 — разъемное). Гайка 4 не дает разойтись полукольцам. Кроме того,
с ее помощью можно уменьшать предварительный натяг в подшипнике,
сдвигая его влево, так как при ослаблении гайки 1 самотормозящийся
конус (1:12) с большой силой удерживает кольцо подшипника. Если
предусмотреть в шпинделе канал для подвода масла в канавку под под-
шипник, то вместо гайки 4 можно применять гидравлический режим для
распрессовки кольца с конуса.
Точность вращения подшипника зависит от способа его крепления.
321

Например, стопорение гайки многолапчатой шайбой ведет к перекосу,
чего не случается при применении контргайки. Биение торца гайки меньше
влияет на перекос подшипника, если между ними предусмотреть длинную
втулку 5.
Комплект конических роликоподшипников (рис. 217) состоит из
переднего двухрядного 6 (с буртом на наружном кольце) и заднего
однорядного 2 роликоподшипников с пружинами 3, встроенными в удли-
ненное наружное кольцо. Предварительный натяг создают в передней
опоре гайкой 5, стягивающей пару внутренних колец (до соприкоснове-
ния с дистанционным кольцом 7 между ними) , а в заднем подшипнике —
пружинами 3, которые компенсируют температурные деформации шпин-
деля. Сила пружин передается на корпус через задний подшипник, гайку 7,
шпиндель 4 и бурт переднего подшипника.
Долговечность подшипников существенно зависит от смазки и уплот-
нений. Применяют как жидкий, так и пластичный смазочный материал.
В высокоскоростных шпиндельных узлах смазывание осуществляют
масляным туманом. Пластичный смазочный материал особенно удобен
322

Рис. 217. Опоры шпинделя с прецизионными коническими роликоподшипниками
для подвижных и съемных шпиндельных узлов и опор вертикальных
или наклонных шпинделей. Жидкое масло не только смазывает поверх-
ности, но и отводит теплоту. Неправильно выбранные система смазывания,
марка смазочного материала, а также его избыточное количество вызы-
вают повышенный нагрев. Наиболее эффективно препятствуют вытеканию
смазочного материала и предохраняют подшипники от загрязнения лаби-
ринтные уплотнения, которые особенно предпочтительны при высоких
скоростях.
Выбор точности подшипников качения. Стандартом предусмотрены
следующие классы точности подшипников качения: 0; 6; 5; 4; 2 (в по-
рядке возрастания точности). В передней опоре точность подшипников
обычно на класс выше, чем в задней. Например, для станков классов
точности Н и П книга [47] рекомендует радиальные подшипники класса 2
в передней и класса 4 в задней опорах.
Зная радиальные биения 6 ! переднего и 62 заднего подшипников,
можно найти биение 6 переднего конца шпинделя. В наиболее неблаго-
приятном случае векторы 5 i и 5 2 расположены в одной плоскости и
направлены в противоположные стороны (рис. 218, а). Из подобия треу-
гольников АВС и ADE
323

Если принять, что 6 должно составлять не более 2/3 допуска А на радиаль-
ное биение шпинделя по нормам точности, и обозначить = к, то выра-
жение (5) примет вид
А — £ к + 1	_1
3 л-51 ~к 52 Г-
При равном влиянии передней и задней опор на биение конца шпинделя
слагаемые в формуле (6) должны быть следующими:
е к+1	1	1 А
61 к
(6)
; §2 = —
Следовательно, допустимые биения подшипников должны быть
с Д к
1 - з ТТТ
При этом разница в точности подшипников оказывается слишком
большой. Поэтому практически задаются классом точности подшипни-
ков в одной опоре и по соответствующему радиальному биению вычис-
ляют допустимое биение подшипников другой опоры. Учитывают также
что установка в одной, опоре подшипников снижает биение д1 в х/т?
раз. Тогда уравнение (6) приобретает вид
< к+ 1	6 2	1
0,67 А = — ----------+	---
\/т. к	к
(7)
Если в передней опоре один подшипник, а в задней -- два, то mi = 1 и
= 2. Тогда из (7)
0.67ЛД- 0,71» 2
61 - ГП--------------
Точность шпиндельного узла повышают путем установки подшипни-
ков таким образом, что их биения направлены в одну сторону (рис. 218,#) .
Необходимо иметь в виду, что па точность и долговечность подшип-
ника качения большое влияние оказывает точность его базирования на
шпинделе и в корпусе. Поэтому соответственно типу и классу точности
подшипника должны быть выбраны посадки и заданы технические требо-
вания к форме поверхностей, сопряженных с подшипником, к биению
упорных торцов. Неправильно выбранные посадки и допуски приводят
к искажению формы дорожек качения и снижают жесткость.
Расчет на долговечность. Работоспособность подшипников качения в
шпиндельных узлах ограничивается в основном усталостью поверхностных
слоев на дорожках и телах качения. Долговечность характеризуют числом
часов работы, которое может выдержать подшипник без потери работо-
способности, или числом оборотов за это время. Долговечность (в мил-
С
лионах оборотов) L = ( ~ )Р, где С - динамическая грузоподъемность
выбранного типоразмера подшипника, приведенная в каталогах; Р - экви-
валентная нагрузка; р — 3 — для шарикоподшипников, р = 3,33 — для
роликоподшипников. Долговечность (ч)
324

где п — эквивалентная (расчетная) частота вращения, мин”1. Величину Lh
сравнивают с рекомендуемым сроком службы, который для большинст-
ва шпиндельных узлов ориентировочно можно принять равным 10 000 ч
(для шлифовальных шпинделей — 5000 ч и менее), и делают вывод.
Эквивалентная нагрузка Р должна учитывать переменность режимов
работы. При каждом режиме нагрузка
Р{= [ХУЯ + У(А+Ан)]КбКа,
где X и У — коэффициенты, зависящие от типа подшипника (указаны в
справочниках) ; V — коэффициент вращения; V = 1 при вращении внут-
реннего кольца подшипника, V = 1,2 при вращении наружного кольца;
R и А — соответственно радиальная и осевая внешняя нагрузка; Аи —
сила предварительного натяга; — коэффициент безопасности (для
станков в большинстве случаев = 1...1,2); Л*д - коэффициент дина-
мичности (Л*д = 1,5 для токарных, сверлильных и шлифовальных стан-
ков, 7СД = 2 — для фрезерных станков) .
Сила предварительного натяга Лн постоянна при различных режимах
работы; она должна быть достаточной, чтобы под действием максималь-
ной внешней нагрузки в подшипнике не образовался зазор. Исходя из
этого, должно быть
Ан > l,58Rtga ± 0,5Л,
где а — угол контакта тел качения с кольцом; знак ”+” означает, что
сила А уменьшает натяг, а знак ” -- что она его увеличивает.
При отсутствии сведений о соотношении времени работы при раз-
личных режимах приближенно принимаютР = 0,8 Ртах.
§ 101. ШПИНДЕЛЬНЫЕ ОПОРЫ С ЖИДКОСТНОЙ СМАЗКОЙ
Особенности соединений с жидкостной смазкой, принципы действия
гидродинамических и гидростатических соединений рассмотрены в § 7.
Гидродинамические опоры. В станках распространены многоклино-
вые гидродинамические подшипники, в которых три-четыре (иногда
больше) равномерно расположенных по окружности клиновых зазора
создают путем образования некруглого отверстия, направленного дефор-
мирования единого вкладыша при сборке или размещения в подшипнике
нескольких опорных сегментов (вкладышей) .
Подшипник ЛОН-34 (см. рис. 136) содержит сегменты 3, опираю-
щиеся на сферические концы резьбовых штырей 4. Перемещением штырей
регулируют зазор между сегментами и шпинделем 2, а также выверяют
положение оси шпинделя на станке. Для повышения контактной жесткос-
ти соединений опорных элементов с помощью контргайки 5 устраняют
зазор и создают осевой натяг в резьбе между штырями и корпусом, а
сферические поверхности штырей и сегментов попарно взаимно прити-
рают. В опорах реверсируемых шпинделей сегмент расположен симметрич-
325

но относительно штыря. Для нереверсируемых шпинделей наибольшая
несущая способность и наименьшие потери на трение получаются при
определенном соотношении входной (по направлению вращения) и выход-
ной частей сегмента, причем выходная часть короче.
Сегменты работают в проточной масляной ванне. Система блоки-
ровки не позволяет включать вращение шпинделя при выключенном
насосе смазывания. Масло поступает в подшипник снизу так, что при
заполнении полости между сегментами воздух вытесняется без остатка.
При достаточно высокой угловой скорости шпинделя между ним и сег-
ментами образуются несущие масляные клинья. При правильно выбран-
ных соотношениях размеров сегменты оптимально самоустанавливаются
в направлении вращения, причем с изменением радиальной нагрузки на
шпиндель наклон сегментов меняется. Сферическое сопряжение со шты-
рем обеспечивает поворот (самоустановку) сегмента также и вдоль
шпинделя, что очень важно для предотвращения кромочных давлений
при изгибе шпинделя.
В подшипнике ЛОН-58 (рис. 219, а) опорный сегмент 1 держится
на упругой ножке 2, соединяющей его с кольцевым основанием 3. Сег:
менты, ножки и основание выполнены за одно целое. Сегментная кон-
струкция сложнее для изготовления, чем конструкция подшипника
ЛОН-34, но обеспечивает в ряде случаев лучшие эксплуатационные показа-
тели, так как устраняются сферический и резьбовой стыки между опорны-
ми деталями. В частности, лучше сохраняется положение оси шпинделя
относительно базовых поверхностей станка. Регулирование зазора в
подшипнике возможно благодаря упругости основания, имеющего в
сечении вдоль оси форму арки. Подшлифовывая компенсационную прок-
ладку 4, сжимают основание арки, при этом ее высота увеличивается,
а вершина приближается к шпинделю вместе с ножкой и сегментом.
Гидродинамический упорный подшипник (рис. 219, б) обычно имеет
вид кольцевого диска, на опорном торце которого выполнено несколько
маслозаборных скосов. Масло подводится к скосам по специальным
канавкам.
В периоды разгона и торможения из-за недостаточной скорости крат-
ковременно имеет место полужидкостная смазка, поэтому рабочие по-
а)
Рис. 219. Гидродинамические подшипники:
а — радиальный; б — упорный
326

верхности сегментов должны обладать высокой износостойкостью. Обыч-
но сегменты делают биметаллическими: на стальную основу центро-
бежным методом наносят антифрикционный слой бронзы (например,
БрОС-10-10) или баббита толщиной 1...2 мм.
На основе исследований и эксплуатационных данных выработаны
оптимальные соотношения основных параметров подшипника, которые
обеспечивают жидкостное трение и необходимую жесткость. Предвари-
тельно рассчитывают на жесткость шпиндель и устанавливают диаметр D
его шейки. Принимают [38]
з	D
L = D; В ,	(8)
где L — ширина подшипника (сегмента); В — длина дуги охвата. Расчет-
ное значение диаметрального зазора (мкм)
Д = 3D,	(9)
где/)—в см.
При проектировании рассчитывают несущую (нагрузочную) способ-
ность, жесткость, потери на трение в опоре и тепловой режим подшипника.
Несмотря на ряд допущений, принятых при разработке методики расче-
тов, формулы в общем виде довольно сложны. Они упрощаются, если
учесть рекомендуемые соотношения (8), (9) и принять, что используется
минеральное масло Л (велосит) с кинематической вязкостью при 50 °C
4...5 сСт и динамическим коэффициентом вязкости 4 сП, а шпиндель
смещается под действием внешней нагрузки на расстояние, равное эксцен-
триситету е, причем относительный эксцентриситет 2е/Д =0,3. При этих
условиях несущая способность (Н) трехвкладышного подшипника Р =
= 0,36nD2, где п - частота вращения шпинделя, мин”1; D - в см.
Суммарная жесткость опоры /оп зависит от жесткости масляных
клиньев /м и жесткости деталей подшипника (в частности, для подшипни-
ка ЛОН-34 учитывают контактную жесткость /к): —г— = ~~ +	.
Аш
При е = 0 и условиях, оговоренных выше, жесткость (Н/мкм) /м =
= Q$nD. По экспериментальным данным,/к < 250...350 Н/мкм. Расчеты
показывают, что/м > /к.
Несущая способность и жесткость интенсивно растут с уменьшением
диаметрального зазора Д . Однако минимальная толщина масляного слоя
ограничена из-за шероховатости рабочих поверхностей вала и вкладышей,
а также изгиба шейки шпинделя.
Мощность теряется на трение в несущих масляных слоях, шеек шпин-
деля о масло в ненагруженной зоне, а также в уплотнениях (два уплотне-
ния у каждого подшипника). Потери имеют существенное значение, так
как отражают расход энергии и, что еще важнее, связаны с теплообразова-
нием. При тепловом расчете составляют уравнение теплового баланса,
которое связывает количество теплоты Q\, выделяемой в-несущих масля-
ных клиньях, с количеством теплоты 22, отводимой валом, вкладышами
и протекающим маслом. Для того чтобы температура масла в нагружен-
ной зоне не повышалась, а вязкость его не уменьшалась и не нарушалась
327

Рис. 220. Система питания гидростати-
ческих опор шпинделя
жидкостная смазка, что приведет к
ускоренному выходу подшипника
из строя, необходимо, чтобы Qi <
< б2 ' Во избежание перегрева на-
сос должен подавать в подшипник
не менее 1...2 л/мин масла под не-
большим давлением.
Гидростатические опоры. Кар-
маны 13 (рис. 220) и 14 опор пита-
ются от насоса 3 высокого давле-
ния (рп — 2...3 МПа). Масло из бака
1 проходит через фильтр 2 грубой
очистки, фильтры 5 тонкой очистки
содержат сетку с размерами ячейки
15...70 мкм, сдублированы для повышения надежности) и дополнитель-
ный фильтр 9 особо тонкой очистки (до 5...10 мкм) на входе в узел. Дав-
ление в системе устанавливают настройкой напорного золотника 4 и конт-
ролируют по манометру 12. Дросселями 10 и 11 устанавливают перепад
давления на входе в карманы (рк = 1...1,5 МПа). Масло сливается в бак
через теплообменник 15. При падении давления (например, при засорении
фильтров 5) реле давления 6 выключает вращение шпинделя, а на время
выбега шпинделя опоры получают аварийное питание от гидроаккумуля-
тора 8 (обратный клапан 7 препятствует разрядке аккумулятора в сторо-
ну насоса).
В каждой опоре предусматривают четыре—шесть карманов (см.Л-Л).
Масло из радиальных карманов отводится в осевом направлении через
торцы подшипника. Зазор между шпинделем и подшипником играет
роль сопротивления, вместе с дросселем определяет давление в карманах
и потому должен быть строго определен. Благодаря дросселям обеспе-
чивается также распределение масла по всем карманам (при отсутствии
дросселей все масло могло бы вытекать через тот карман, около кото-
рого зазор максимален). Чтобы не создавалось противодавления, важен
свободный отток масла, прошедшего через зазор (при полном перекры-
тии слива гидростатический эффект отсутствует).
На рис. 221 показана конструкция шпиндельного узла внутришли-
фовального станка [54]. Масло поступает через фильтр 5 особо тонкой
очистки и подводится к переднему 2 и заднему 10 одинаковым радиаль-
но-упорным подшипникам.
Каждый подшипник содержит четыре кармана 77, воспринимающих
радиальную нагрузку, и один карман 16 осевого действия на торце. Масло
проходит в карман через кольцевую канавку 18, паз 14 вдоль ^си, коль-
цевую микроканавку 19 (в поперечном сечении равносторонний треу-
гольник со стороной 0,5 мм), отверстие 20. Участок микроканавки от
паза, до отверстия 19 служит входным дросселем. В кольцевых дренаж-
ных канавках 3, 6, 9, 12 собирается масло при утечках; они соединены
328

Рис. 221. Конструкция шпиндельного узла с гидростатическими опорами
со сливом 15. В кольцевые канавки 13, И и полость 4 из канала 8 подво-
дится сжатый воздух для уплотнения,’ чтобы не выпускать масло и не
впускать загрязненный воздух извне. Масло в полости 7 поджимает
шпиндель 1 в сторону переднего упорного подшипника (карман 16).
При проектировании гидростатического подшипника вначале опре-
деляют диаметр D шейки шпинделя. Он должен быть таким, чтобы
жесткость самого шпинделя между опорами при силе, приложенной в
середине пролета, была 250...500 Н/мкм.
Длину подшипника принимают равной его диаметру, а диаметраль-
ный зазор Д = 0,001 D.
Жесткость гидростатического подшипника (Н/мкм) определяется
жесткостью смазочного слоя в зазоре:
/=0,15П2рн/Д,	(10)
где D и Д — в мм; рн — давление насоса, МПа.
Так как жесткость подшипника должна быть не меньше жесткости
шпинделя, то / > 500 Н/мкм. Тогда формула (10) предвращается в усло-
рн 500
вие, используемое при выборе ри и Д : — > "(M5Z)2 ’
Нагрузочная способность подшипника (Н)
P=150-f №н>
где е — эксцентриситет оси шпинделя в опоре, мм; 2е/Д = е - относи-
тельный эксцентриситет (е < 0,4) .
По условию минимизации потерь на трение выбирают оптимальную
вязкость масла допт = 2200рн/и.
Для обеспечения требуемых нагрузочной способности и жесткости
суммарные погрешности шпинделя и опор должны составлять не более
одной трети минимальной толщины зазора.
329

§102. СРАВНЕНИЕ ОПОР И ПРИВОДОВ ШПИНДЕЛЕЙ
Опоры. В шпиндельных узлах станков помимо подробно рассмот-
ренных опор качения и жидкостного трения применяют опоры с полу-
жидкостной и газовой смазкой.
Опоры с полужидкостной смазкой используют при небольших скорос-
тях и нагрузках. Для компенсации износа в таких опорах предусматривают
регулирование зазора, например, за счет конической формы соединения
вкладыша 1 с корпусом 2 (рис. 222, а). У вкладыша несколько про-
дольных надрезов, позволяющих ему деформироваться (обжиматься)
при втягивании в коническое отверстие.
В опоре с газовой смазкой шпиндель отделен от подшипника слоем,
например, воздуха. Известны газодинамические и газостатические (в
частности, аэростатические) подшипники. В основном используют послед-
ние — для прецизионных станков при очень больших угловых скоростях
и малых нагрузках. В аэростатический подшипник (рис. 222,6) сжатый
воздух от компрессора поступает после очистки и стабилизации давле-
ния (рн = 0,3...0,4 МПа) . С каждой стороны вкладыша на внутренней его
поверхности сделана кольцевая микроканавка (г 0,2 мм), объединяю-
щая ряд расположенных по окружности радиальных отверстий поддува
(d = 0,2...0,3 мм). Воздух из отверстий заполняет микроканавку под
давлением рк, а из нее распространяется по всему зазору между шей-
кой шпинделя и подшипником, выходя по торцам.
Вследствие малости зазоров Д и отверстий поддува аэростатичес-
кие подшипники еще более подвержены засорению, чем гидростатичес-
кие. Но аэростатические опоры проще и удобнее, так как отработавший
воздух собирать не нужно, а утечки из устройств и соединений не ослож-
няют эксплуатацию.
При конструировании шпиндельных узлов должны учитываться
достоинства и недостатки подвижных соединений различных типов (§ 7) ,
в том числе отмеченные в § 100. Из сравнения опор по их важнейшим
характеристикам можно сделать следующие выводы.
Потери на трение в опорах ограничивают угловую скорость шпинде-
лей. Вязкость воздуха в 2000 раз меньше вязкости масла. Этим объяс-
Рис. 222. Схемы опор:
а - с полужидкостной смазкой; б - аэростатической
330

няется основное достоинство аэростатических опор — очень малые потери
на трение, отсутствие нагрева, сохранение работоспособности при частоте
вращения, доходящей до 300 000 мин”1. Опоры качения и жидкостного
трения при очень высокой скорости перегреваются, снижают точность
станка и выходят из строя.
Необходимую точность вращения могут обеспечить опоры всех ти-
пов. Однако вследствие эффекта усреднения погрешностей сопряженных
поверхностей гидро- и аэростатические опоры при одинаковой точности
деталей по сравнению с опорами других типов позволяют достичь более
высокой точности вращения. Хотя из-за малых давления и вязкости
воздуха аэростатические опоры в большой степени уступают опорам
других типов, сочетание точности и быстроходности позволяет применять
их во внутришлифовальных шпиндельных головках и других случаях.
Высокой грузоподъемностью отличаются подшипники качения.
Гидростатические опоры способны воспринимать большие нагрузки при
увеличении диаметра опор.
Наибольшая жесткость у роликовых подшипников. Гидростатичес-
кие подшипники позволяют обеспечить достаточную жесткость и, кроме
того, регулировать ее в широких пределах.
Наибольшее демпфирование свойственно гидростатическим опорам.
Подшипники качения способны сами вызывать вибрации.
Привод. Шпиндель может получать вращение через зубчатую или
ременную передачу, а также через муфту или от встроенного коротко-
замкнутого ротора. Выбор типа приводного звена зависит от частоты
вращения, нагрузки и требуемой точности работы шпиндельного узла.
Зубчатая передача может передавать значительные крутящие момен-
ты; она проста по конструкции и компактна. Однако эта передача не
может уменьшить изменения сил резания, а погрешности зацепления сами
являются источником неравномерности движения и вибраций. С увели-
чением скорости в зубчатой передаче сильно возрастают динамические
нагрузки, снижается долговечность. Поэтому зубчатую передачу исполь-
зуют при окружной скорости колес, не превышающей 15 м/с при прямых
зубьях и 25 м/с при косых зубьях (при 7-й степени точности); она непри-
годна в станках, предназначенных для отделочной обработки. Допустима
и более высокая скорость колес, но тогда должны быть повышены треб-
вания к точности зубчатой передачи и ее опорам, что ведет к удорожанию
конструкции.
У ременной передачи по сравнению с зубчатой больше размеры и более
сложная конструкция, так как необходимо устройство для натяжения
ремня, и, чтобы разгрузить шпиндель от силы натяжения и силы тя-
жести шкива, последний нередко устанавливают на самостоятельные
опоры. Для смены ремня шкив приходится устанавливать на консоль,
что также является недостатком. Ремни менее долговечны и менее удоб-
ны в эксплуатации.
Достоинство ременного привода состоит в том, что он может обеспе-
чить высокую частоту вращения п и плавность вращения. Податливость
ременной передачи и возможность проскальзывания снижают динами-
ческие нагрузки при прерывистом резании. Ременная передача пригодна
331

для прецизионных станков, когда предъявляются высокие требования
к шероховатости обработанных поверхностей.
Ремень может быть плоским, клиновым или зубчатым. Даже клино-
ременная передача допускает п = 6000 мин"1, а высококачественный
плоский ремень — до 30 000 мин"1 (скорость до 100 м/с). Зубчатый
ремень способен передавать огромные мощности при высокой скорости.
Наименьшими размерами отличаются передачи с поликлиновым и зуб-
чатым ремнями.
Перебор в сложенной структуре привода (§ 88) позволяет исполь-
зовать шпиндельную зубчатую передачу при низких частотах вращения
и больших нагрузках и ременную передачу при высоких частотах.
Установка шкива на отдельную опору разгружает шпиндель от ра-
диальной нагрузки под шкивом, но отклонение от соосности в шлице-
вом соединении, передающем крутящий момент со шкива на шпиндель,
отрицательно сказывается на точности работы. В особо точных станках
передают вращение шпинделю через упругую муфту специальной кон-
струкции.
Высокочастотные асинхронные электрошпиндели способны вра-
щаться с частотой до 100 000 мин"1 и более. При этом происходит боль-
шое выделение теплоты в обмотках и поэтому следует предусмотреть
специальную систему охлаждения. В пневматических шпинделях исполь-
зуется сжатый воздух в опорах, а также для питания пневматической
турбины. При небольшой мощности их частота вращения достигает
300 000 мин" 1.
§103. РАСЧЕТЫ ШПИНДЕЛЕЙ
Все шпиндели рассчитывают на жесткость, тяжело нагруженные —
кроме того на прочность, быстроходные (более 2000 мин"1) — на вибро-
устойчивость.
Жесткость не зависит от марки стали, так как модуль упругости
для разных сталей практически одинаков. Поэтому выбор материала
для шпинделя должен обеспечить главным образом поверхностную твер-
дость. Она необходима не только в местах соединения со сменными
деталями (конус, фланец) или на шейках, работающих в подшипниках
скольжения. Шейки под подшипники качения в прецизионных станках
также должны иметь высокую твердость для лучшей обрабатываемости
при шлифовании и сохранения степени подвижности посадок при сбор-
ке-разборке.
Для шпинделей станков нормальной точности используют сталь
марок 45 или 40Х с закалкой токами высокой частоты (ТЙЧ) до твер-
дости HRC 48...56. Шпиндели сложной формы, например с внутренним
конусом небольшого размера, изготовляют из сталей 50Х,40>£ГР с объем-
ной закалкой (обычно только передней части) до HRC 56...60. Шпин-
дели, устанавливаемые в опорах качения, особенно небольшого диаметра,
изготовляют из цементуемых сталей 18ХГТ, 12ХНЗА (твердость HRC
56...60). Шпиндели, работающие в опорах жидкостного трения, делают из
332

азотируемой стали 38ХМЮА, HRC 63...68. Крупные полые шпиндели
иногда выполняют из чугуна.
Расчет на жесткость предусматривает определение упругих сме-
шений. Понятие о расчетных схемах с примерами применительно к шпин-
дельным узлам дано в § 84. На работоспособность шпинделя наиболь-
шие ограничения накладывают деформации изгиба, вызванные попереч-
ными силами. На шпиндель действуют обычно сила резания Р и дви-
жущая сила привода Q. Для токарного станка поперечная сила Р —
=	+ Pt где Ру иРг — соответственно радиальная и окружная состав-
ляющие силы резания. При передаче крутящего момента на шпиндель
зубчатым колесом Q — \/Ft2+ Fr2,где Ft и Fr— соответственно окружная
(тангенциальная) и радиальная силы, действующие в зубчатой передаче.
Можно принять
1,1^ = l,l-2-103MK/Z),
гдеЛ7к — крутящий момент на шпинделе, Н • м; D — делительный диаметр
зубчатого колеса, мм. Если применен шпиндель, разгруженный от дей-
ствия сил со стороны шкива, или электрошпиндель, то учитывают только
силу резания.
Для упрощения рассмотрим расчетные схемы со шпинделями в виде
балок на шарнирных (ножевых) опорах. Пренебрежем защемляющим
действием подшипников, что несколько снижает жесткость, т. е. создает
ее запас. Из-за прогиба у переднего конца шпинделя в точке С (рис. 223)
возникает погрешность обработки, например отклонение диаметра изде-
лия от допускаемого значения. Наклон оси шпинделя вызывает перекос
инструмента относительно заготовки, перекос зубьев приводных колес.
Наклон оси должен быть ограничен для удовлетворительной работы
подшипников.
При нагружении нежесткого шпинделя в абсолютно жестких опорах
он изогнется (рис. 223, а). Прогиб .конца уш зависит от усредненного
момента инерции I поперечного сечения шпинделя. При нагружении абсо-
лютно жесткого шпинделя, установ-
ленного в нежестких опорах, он смеща-
ется из-за отжимов опор (рис. 223,0,
причем величина уп зависит от жест-
костей и ]в опор. Так как упругая
податливость свойственна и шпинделю
и опорам, то суммарное смещение
конца шпинделя^ = уш + уп (рис. 223,в)
Рис. 223. Деформации в шпиндельном
узле
333

Рис. 224. Расчетные схемы шпинделей
На рис. 224 представлены основные виды расчетных схем для шпин-
делей станков. Ниже приведены формулы для определения прогибов
у (мм) и углов наклона О (рад). Для схемы по рис. 224, а (шпиндель,
разгруженный от шкива, или электрошпиндель)
/7 +с) 2	с2	с3 1с2	Р1с
у — Р\+	+ —£— +	в = _£££—
/4/2 Jb12 ЗЕ1к ЗЕ1п	ЗЕ1п
(11)
где jA и ув — жесткости опор соответственно А и В, Н/мм; /к и/п -
усредненные моменты инерции сечений шпинделя соответственно на кон-
соли и в пролете между опорами, мм4; Е — модуль упругости материала
шпинделя, МПа; I— расстояние между опорами, мм; с — длина консо-
ли, мм; Р~~ в Н.
Для схемы по рис. 224, б (привод зубчатым колесом)
У =Р [_(Д£Г +	+	+	± Q г
jAP iBP ЗЕ/К ЗЕ1п j L !АР
ас	abc(l + b)
ibF	ьёцг ’
Wn	21
(12)
где Q — в И; а и b - расстояния от межопорной силы соответственно
до опор А и В, мм. Верхние знаки перед Q соответствуют направлению
этой силы по рис. 224, б, нижние — в противоположном направлении.
Для схемы по рис. 224, в (шпиндель со шкивом)
у = Р [	2+	+	] + Q [	+
iAP iBP 3£7К 3EIn	!АР
iBP 6Е/П J’
0 = —-— (Pc ±Q~),
3EIn 1	2 b	f
где h — длина консоли для шкива, мм.
Дополнительно для схемы по рис. 224, б необходимо определить
прогиб (мм) под зубчатым колесом:
334

yD =	~ - --7^1 t G(-$
>Al	IB1 6EInl	>Al
Формулы для жесткости j гидродинамических и гидростатических
подшипников приведены в § 101. Жесткость опор качения зависит от
контактной жесткости между телами качения и кольцами (повышается
вследствие предварительного натяга) и контактной жесткости соедине-
ний колец со шпинделем и с корпусом (определяется характером поса-
док) . Радиальную жесткость опор качения в шпиндельных узлах ориен-
тировочно можно оценить по рис. 225 (в зависимости от внутреннего
диаметра d подшипника). При определении жесткости шпиндельного
узла без учета податливости опор (/ = °°) в формулах (И) —(14) не
надо учитывать дроби, в знаменатель которых входятjA и /в.
В приближенных расчетах шпиндель считают балкой с сечением,
постоянным по всей длине. Тогда момент инерциии сечения (мм4)
/К=7П = /=я(Я4-г4)/4,
где А и г — радиусы соответственно наружной и внутренней поверхностей
шпинделя в передней опоре. При усреднении момента инерции пользуют-
ся формулой среднего диаметра
d^{d1l^d2l2^..AdKlK}!Li
где dx, d2,...,dK и /ь /2,...,/к — диаметры и соответственно длины участ-
ков шпинделя; L =	+ 12 + ...+ /к — общая длина шпинделя (или. напри-
мер, части шпинделя в межопорном пролете при определении/п).
В общем случае (см. рис. 224, б и в) сильгРи Q могут располагаться
в различных плоскостях, проходящих через ось шпинделя. Если угол
между этими плоскостями превышает 20...30°, следует вести расчет про-
гибов в двух координатных плоскостях: в горизонтальной и вертикаль-
ной или в плоскости, проходящей через вектор силы Р, и в плоскости,
перпендикулярной ему.
При расчете прогиба в плоскости вектора силы Р пользуются фор-
мулами (12) —(14), подставив вместо Q ее составляющую Qx = ()cos^
(рис. 226). Получают yt и Далее по тем же формулам определяют
прогиб у2 и угол 0 2 наклона оси шпинделя в перпендикулярной плоскос-
ти, полагая Р == 0 и Q2 = (?sin Затем находят результирующие величи-
ны у = у/yl + у2'а 0 = \/^Г-^02.
Радиальная жесткость шпиндельного узла (Н/мм) /общ ~Р/у-
Завершив расчет, делают заключение: сравнивают вычисленные вели-
чины с допустимыми. Допустимый прогиб конца шпинделя [у] = Д /3,
где Д — допуск на биение конца шпинделя по нормам точности станка.
Условие достаточной жесткости у < [j].
Допустимый угол наклона оси шпинделя в передней опоре [0] =
= 0,001 рад (для гидростатической опбры [0] = 0,0003 рад). Условие
достаточной жесткости 0 < [0 ]
Минимально допустимая радиальная жесткость для большинства
335

Рис. 225. Графики ориентировочной жест-
кости шпиндельных опор качения с пред-
варительным натягом. Подшипники:
3182100 - радиальный двухрядный ролико-
подшипник; 2007100 - конический одно-
рядный роликоподшипник; 46100 и 46200-
радиально-упорные шарикоподшипники
Рис. 226. Схема расположения действую-
щих сил
станков общего назначения /min = 250 Н/мкм, а для прецизионных стан-
ков / ™in = 500 Н/мкм. Должно быть/общ
Допустимый прогиб межопорной части шпинделя зависит от распо-
ложенных там приводных. элементов. Под зубчатым колесом [у] =
= (0,0001...0,0002) Z, где I — расстояние между опорами. Для электро-
шпинделя [>> ] = 0,1 / где t — зазор между ротором и статором.
Жесткость шпиндельного узла зависит от к = —— . Чем меньше к,
тем в большей степени влияет на у одна и та же податливость опор, но
шпиндель получается более жестким. Чем больше к, тем слабее влияние
нежесткости опор, но тем в большей степени ослабляется сам шпиндель.
Существуют методы расчета и номограммы для определения оптималь-
ного значения к, при котором получается максимальная общая жесткость
шпиндельного узла. Во всех случаях должно быть к > 2,5. Длину консоли с
следует принимать минимально возможной, например, чтобы разместить
уплотнение.
Расчет на прочность проводится редко и носит для шпинделя прове-
рочный характер. Для пропускания прутка заготовки или деталей крепле-
ния (выталкивания) инструмента шпиндели делают полыми, поэтому
,	Я Л4—г4 1тТ
момент сопротивления определяют по формуле W — —------------. Шпин-
дель рассчитывают на усталостную прочность, как и валы. Обычно сов-
местно действуют нормальные и касательные напряжения. Минимальный
запас прочности по выносливости nmin = 1,5...1,8. Условие достаточной
прочности п > п m in.
Расчет на виброустойчивость выявляет возможность возникновения
резонанса. Для этого определяют частоту f собственных колебаний шпин-
деля, которая должна отличаться от частоты вращения шпинделя (с”1)
не менее чем на 25...30 %. Однако вследствие неточности определения/
336

в расчете желательно, чтобы разница была больше. Практически обес-
печивают у шпинделей станков f > 200 Гц, а в ответственных случаях
/>500 Гц.
Расчет жесткости и особенно виброустойчивости шпиндельных узлов
целесообразно вести с использованием ЭВМ. Для этого разработаны
алгоритмы [30] и программы.
Вопросы для самопроверки
1.	Чем руководствуются при конструировании конца шпинделя?
2.	Как создают предварительный натяг в радиальном двухрядном ролико-
подшипнике?
3.	По каким критериям рассчитывают шпиндели?
ГЛАВА 24.
КОНСТРУИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ТЯГОВЫХ УСТРОЙСТВ
В ПРИВОДАХ СТАНКОВ
§104. ПЕРЕДАЧИ ХОДОВОЙ ВИНТ-ГАЙКА
Передача винт—гайка является одним из видов тяговых устройств
и служит для преобразования вращательного движения в поступательное.
Винт широко используется для регулирования положения различных
звеньев в узлах и установочных перемещений узлов. Чтобы сообщить
прямолинейное движение подачи по направляющим суппорту или столу,
применяют ходовой винт в паре с ходовой гайкой. Некоторые особен-
ности передач винт—гайка рассмотрены в § И. Основные требования,
предъявляемые к передаче ходовой винт—гайка, — точность работы и
сохранение ее при длительной и непрерывной эксплуатации, что зависит
от конструкции винтовой пары и опор.
Передача винт-zгайка скольжения. Ходовой винт скольжения имеет
резьбу с трапецеидальным профилем. Обычно угол профиля равен 30°
(рис. 227, а), т. е. в 2 раза меньше, чем у метрических резьб. С уменьше-
нием угла профиля уменьшается трение в резьбе, а это уменьшает изнаши-
вание, крутящий момент и вероятность возникновения скачкообразности
при движении. Чем меньше угол профиля, тем меньше погрешность осе-
вого перемещения при одинаковом радиальном биении винта. При прямо-
угольном профиле (рис. 227, б) радиальное биение не влияет на погреш-
Рис. 227. Виды профилей резьбы
12 Маеров
337

ность осевого перемещения и трение минимально, однако винт с резьбой
такого профиля нетехнологичен, его нельзя шлифовать. Для повышения
износостойкости ходовые винты закаливают и после этого шлифуют.
Поэтому в прецизионных передачах винт—гайка принимают угол профиля
трапецеидальной резьбы равным 10...20°.
Отраслевой стандарт ОСТ 2 НЗЗ-2—74 устанавливает шесть классов
точности ходовых винтов скольжения, от высшего класса 0 до низше-
го — 5. Например, для токарно-винторезных и широкоуниверсальных
фрезерных станков классов В и П рекомендуется применять ходовые
винты класса 3.
Обычные ходовые винты изготовляют из конструкционной стали 45.
Легированные стали 7ХГ2ВМ и ХВГ обладают хорошей обрабатывае-
мостью и незначительно деформируются при механической и термичес-
кой обработке, но дороги. Азотируемая сталь 18ХГТ обладает высокой
твердостью. Для незакаливаемых ходовых винтов применяют сталь У10А.
Для неответственных ходовых гаек применяют чугун или бронзу на желе-
зистой основе, в прецизионных станках — оловянистую бронзу БрОЦС5-5-5.
Для экономии бронзы гайку делают биметаллической.
Гайка чаще всего жестко закреплена на подвижной каретке, а ходовой
винт вращается в опорах, установленных на стаПине. Радиальные нагрузки
на опоры винта (сила тяжести и радиальная сила на приводном зубчатом
колесе) обычно невелики. Осевая нагрузка (тяговая сила) может быть
очень значительной. Так как к тому же осевое биение винта без умень-
шения сказывается на погрешности перемещения каретки, а радиальное
биение передается неполностью, то на подпятники, удерживающие винт
(гайку) в осевом направлении, должно быть обращено особое внимание.
В подпятниках чаще, чем в радиальных опорах, применяют подшипники
качения, в особенности при больших нагрузке или скорости. Упорные
шарикоподшипники позволяют создать в подпятниках предварительный
натяг.
При расположении обоих подпятников на одном конце ходового
винта отрегулированный в них зазор или натяг почти не меняется при
изменении температуры (рис. 228. а) . Однако при движении гайки вправо
на винт действует сжимающая осевая сила в противоположном направле-
нии, что может вызвать продольный изгиб. Если разнести подпятники на
разные концы винта (рис. 228, б), то при любом направлении движения
гайки винт испытывает растяжение. Но при большой длине винта между
подпятниками возникают большие температурные деформации, изменяю-
щие зазор-натяг. При коротком винте и невысоких требованиях к точнос-
ти возможна конструкция с одной радиальной опорой (рис. 228, в). Длин-
ные ходовые винты выполняют составными и поддерживают люнетами
(отводимыми, если используется не полугайка, а гайка) .
a)
Рис. 228. Схемы расположения подпятни
ков ходового винта
^4
338

В пределах зазора в резьбе гайка может менять положение вдоль оси
независимо от винта (рассогласовываться). Это возможно при реверси-
ровании, а также при изменении направления и значения внешних сил.
В целях повышения точности применяют устройства для поджима гайки
постоянно к одной стороне профиля резьбы (с помощью груза, гидравли-
ческих устройств или пружины, помещенной между основной и дополни-
тельной гаками). Распространены также устройства с дополнительной
гайкой, которую периодически регулируют, уменьшая зазор до минималь-
но возможного. Такую гайку 2 (см. рис. 111) либо поворачивают, либо
смещают в осевом направлении клином 4 (см. рис. 25, в) или посред-
ством установочной гайки 3 (рис. 229) относительно основной гайки 1.
Конструкция должна быть такой, чтобы обеспечить соосность гайки
и опор винта путем назначения допусков на соответствующие размеры
деталей или введением компенсационных прокладок (7 на рис. 230).
В данном варианте конструкции ходовой винт 3 удерживается опорой 2
как от осевого перемещения, так и от поворота. Гайка 4 приводится во
вращение коническим колесом 5 и перемещается вдоль винта. Иногда
предусматривают возможность вращения, и винта и гайки от разных
источников движения, например от электродвигателя вращают винт, а
от маховика — гайку.
Расчеты передачи винт—гайка скольжения проводят в первую оче-
редь по критерию износостойкости. При этом работоспособность прове-
ряют сравнением давления р на поверхности резьбы с допустимой вели-
чиной рдоп:
- — FP	<
Р~ ltdh'H	"Рдог”
где F — тяговая сила, Н; Р, d и h* — соответственно шаг, средний диа-
метр и рабочая высота витка резьбы, мм; Н — длина гайки, мм (jrd —
приближенная длина витка резьбы, Н/Р — число виткон резьбы в гайке).
В зависимости от точности ходового винта и материала гайки рдоп =
= 3...12 МПа.
Расчет на жесткость выявляет в необходимых случаях деформацию
ходового винта, возникающую в результате его совместного растяжения
и закручивания. Деформация на длине Р одного витка
Рис. 229. (слева) . Устройство для регулирования зазора в резьбе:
1 - основная гайка; 2 - дополнительная гайка; 3 - установочная гайка
Рис. 230. (справа) . Конструкция с неподвижным ходовым винтом '
339
12"

где Е и G — модули упругости соответственно 1-го и 2-го рода; S и 1р —
соответственно площадь и полярный момент инерции поперечного сече-
ния винта; Мк — крутящий момент.
Чтобы определить деформацию Д L на длине перемещения L, надо
умножить Д Р на соответствующее число витков L/Р или вести расчет по
FL	MKL	Р
формуле ДА = ——  + —------------- . Вследствие малости деформации
и Л	Ыр	2тт
от кручения вторым слагаемым можно пренебречь. Нормируют деформа-
цию одного витка (1/3 допуска на шаг) или винта на всей длине хода.
Для расчета привода имеет также значение жесткость винта jB в целом.
Если один конец винта защемлен, а другой расположен в шарнирной
опоре, то жесткость винта (Н/мкм)
F ES 1ld^E
------JF“ - 160
I
где I — рабочая длина винта (максимальная длина от гайки до опоры
винта), мм; d — средний диаметр винта, мм.
Длинные ходовые винты, работающие на сжатие, у которых приведен-
ная длина ц1> (7,5 ...10) d следует проверять на устойчивость к продоль-
ному изгибу.
Коэффициент д учитывает характер закрепления концов винта, т. е.
особенности опор. Опора винта считается шарнирной, если у подшипника
Ч	1 с
скольжения отношение длины к диаметру X = -3—	1,5, или если в
«о
каждой опоре винта по одному радиально-упорному подшипнику. Опора
приравнивается к жесткой заделке, если X > 3 или в одной опоре примене-
ны не менее двух подшипников качения с предварительным натягом.
При жесткой заделке обоих концов винта д = 0,5; при шарнирном закреп-
лении обоих концов д = 1; если один конец защемлен, а второй располо-
жен в шарнирной опоре, то д =0,7. При 1,5 < X <3 принимают д =0,66.
Тяговая сила F должна быть в 3...4 раза меньше критического зна-
чения
F
к₽ Ы)2 ’
где I — осевой момент инерции поперечного сечения винта. На прочность
рассчитывают лишь тяжело нагруженные ходовые винты.
Передача винт—гайка качения. Благодаря малому трению и тому,
что в них можно создать предварительный натяг передачи, вицт—гайка
качения отличаются большой долговечностью и высокой жесткостью.
Они получили преимущественно распространение в станках с ЧПУ и
высокоточных станках. Основной недостаток передач винт—гайка каче-
ния — сложность их конструкции и изготовления, что связано с особен-
ностями формы профиля, наличием канала для возврата шариков, высо-
кой твердостью (HRO 60) элементов передач, недопустимостью сущест-
340

венных погрешностей основных деталей во избежание резкого снижения
эксплуатационных качеств передач.
В ОСТ 2 Р31-1—80 приведены основные параметры передач винт—гай-
ка качения (диаметром 16...100 мм) и пять классов точности таких пере-
дач (Н,П,.В, А,С).
Ходовой винт чаще всего изготовляют из стали 8ХФ (с закалкой
ТВЧ) или азотируемой стали ЗОХЗВА, которые после закалки обладают
очень высокой твердостью. Иногда для винтов и гаек используют сталь
ХВГ с объемной закалкой. Для гаек широко применяют стали 111X15 и
9ХС.
В паре качения наиболее распространен полукруглый профиль резьбы
(см. рис. 227, в). Он позволяет создавать и регулировать предваритель-
ный натяг путем взаимного осевого смещения или поворота двух гаек.
В первом случае используют компенсационные прокладки между торцами
гаек или пружины. Во втором случае гайки 1 и 3 (рис. 231, а) имеют
зубчатые венцы, соединенные с внутренними зубчатыми венцами стакана 2
подобно зубчатым полумуфтам. Числа зубьев левых и правых венцов
различаются на единицу. Для регулирования вместо винта устанавливают
гладкий технологйческий валик, поддерживающий шарики, выводят
венцы гаек из зацепления, поворачивают обе гайки в одну и ту же сторону
на один зуб и снова сцепляют венцы. Небольшая разница между углами
поворота гаек вызывает очень малое взаимное осевое смещение их резьб
(сами гайки остаются прижатыми к бурту внутри стакана) , чем достигает-
ся тонкая регулировка предварительного натяга. Затем отрегулирован-
ный комплект навинчивают на винт.
Профиль резьбы в форме стрельчатой арки (см. рис. 227, г) обеспе-
чивает четырехточечный контакт с каждым шариком, благодаря чему
гайка способна воспринимать тяговую силу в обе стороны. Это позволяет
создать предварительный натяг без второй гайки путем подбора диаметра
шариков больше номинального значения.
Рис. 231. Устройство шариковой передачи винт—гайка
341
/

Шарики, которые катятся по винтовой канавке резьбы, отстают от
гайки, поэтому их надо возвращать от конца гайки к началу. Канал воз-
врата выполняют в виде трубки или аксиального (вдоль оси резьбы)
отверстия в гайке. На рис. 231, а в сечении Б-Б показан вкладыш, кото-
рый вставлен в окно, профрезерованное в стенке гайки. Канал во вкла-
дыше соединяет две соседних впадины резьбы (рис.. 231, б) и переводит
шарики через выступ резьбы винта из конца витка к его началу. Обычно
в гайке сделано три вкладыша, расположенных под углом 120°; в резуль-
тате шарики разделены на три независимо циркулирующих потока. Такая
конструкция компактна, максимально сокращает длину канала воз-
врата и облегчает проталкивание шариков через пего; не требуется спе-
циального отражателя, направляющего шарики в канал возврата и обычно
снижающего надежность передачи.
Тип опор винта выбирают исходя из условий долговечности, жесткос-
ти, частоты вращения и тепловых деформаций. В опорах винта качения
применяют шарико- и роликоподшипники, причем в станках с ЧПУ доя
повышения жесткости иногда с обоих концов ходового винта устанавли-
вают двусторонние роликовые подпятники. Так как передача с качением
обладает незначительным самоторможением (зависящим от предваритель-
ного натяга), иногда в опору или другую часть конструкции встраивают
устройство для торможения.
Для долговечности передачи качения важна надежная защита от
загрязнения. Винт обычно закрывают специальным складывающимся
устройством, по краям гайки желательно устанавливать дополнитель-
ные уплотнения.
Расчет винта качения при частоте вращения п < 10 мин" 1 ведут по
критерию статической прочности. Контактное напряжение (МПа) доя
винта с шариками диаметром (Ц (мм) при соотношении радиусов шарика
и полукруглого профиля резьбы гг/г2 = 0,96 определяют по формуле
где /ц — статическая нагрузка па один шарик, Н.
Допустимое напряжение при твердости контактирующих поверхнос-
тей HRC 60 принимают равным (2,5...3)103 МПа. Исходя из нижнего
предела, допустимая нагрузка (II) на один шарик должна быть 7ц < 20 <7 Д
где dx — в мм. Соответственно допустимая тяговая сила г < lOzdf, где z —
число шариков в одном витке резьбы - в мм.
При высоких скоростях и переменных нагрузках проводят расчет
на долговечность с учетом допустимой поверхностной выносливости.
Для этого задаются, требуемым сроком службы Lh (ч), определяют
эквивалентную нагрузку F3KB (Н) и эквивалентную час roly вращения
пэкв (мин"1). Находят динамическую 1рузоподъемность С одного
витка, т. е. постоянную осевую нагрузку, которую механизм может
выдержать в течение 10ь оборотов:	f

342

Lh	-	33,3 t
гДе/й = (тЛ~) 3 ; fn *	fJ= *<2 (для металлорежущих
эии	n экв	t
станков) — коэффициент, учитывающий характер нагрузки; /н — коэф-
фициент, учитывающий твердость материала (/н = 0,5...1 приЯЛС5О...6О) ;
i г — число рабочих витков в гайке.
По найденной величине С по каталогу выбирают винт с соответствую-
щим диаметром или проверяют диаметр, определенный ранее. Для сниже-
ния С можно увеличить i г.
На работоспособность шариковой передачи большое влияние оказы-
вает сила предварительного цатяга FH, которую учитывают при определе-
нии F3KB. При уменьшении FH повышается долговечность, снижаются
потери мощности, но существенно снижается жесткость сопряжения
щариков с резьбой. Ориентировочно сила натяга (Н) FH = 3,5 zd^ где
dy — в мм. Формулы для минимально и максимально допустимой силы
предварительного натяга приведены в работе [5].
Жесткость влияет на динамическую устойчивость привода и точность
его работы. Например, упругий зазор Д вдоль оси тягового устройства
Д = 2FS //, где Fe — сумма сил резания, трения, инерции; / — жесткость
привода, зависйщая от жесткости соединения винт—гайка /с, жесткости
винта /в и жесткости подшипников (опор) /п. Податливость привода
_L = _L + _L + J_
ic
Жесткость соединения винт—гайка (Н/мкм) с возвратом шариков
через вкладыш (гг/г2 = 0,96; d^/P = 0,6; угол контакта а = 45° —
рис. 227, в) определяют по формуле
/с= 13А-8/г (-<
где К8 — 0,3...0,5 — коэффициент, учитывающий погрешности изготовле-
ния и упругие деформации гайки; d - диаметр винта, мм; Р — шаг резь-
бы, мм; FH — в Н.
Жесткость винта /в, один конец которого защемлен, а другой распо-
ложен в шарнирной опоре, определяют по формуле, приведенной для
передачи скольжения. Жесткость винта с двумя защемленными концами
в 4 раза больше.
Жесткость подпятников качения в опорах винта (Н/мкм) /п « kd,
где к — коэффициент, учитывающий тип подшипников; к равен 5, 10,
30 соответственно для радиально-упорных, шариковых упорных, роли-
ковых упорных подшипников; d — в мм.
Длинные ходовые винты качения проверяют на устойчивость к про-
дольному изгибу, а быстроходные - на устойчивость при действии центро-
бежных сил (по критической частоте вращения) [5].
343

§105. КУЛАЧКОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Кулачковые механизмы удобны для преобразования вращательного
движения в возвратно-поступательное или возвратно-качательное движе-
ние. Путем изменения профиля кулачков можно задавать различные
законы движения, поэтому их широко используют для автоматизации,
особенно в токарных автоматах. Они обеспечивают достаточно высокую
точность перемещения (до 0,01...0,02 мм) и при правильной конструк-
ции обладают высокой надежностью. Недостатками кулачковых меха-
низмов являются ограниченность длины хода (до 200...300 мм), слож-
ность проектирования и изготовления, которая преодолевается путем
применения ЭВМ и станков с ЧПУ.
Особенности конструкции. Сведения о конструкциях кулачковых
механизмов приведены в § И. Кулачки сообщают движение рабочему
органу станка непосредственно (толкатель закреплен на рабочем органе,
например, на суппорте) или через промежуточные передачи, например
через рычажный и реечный механизмы (рис. 232). Некоторые конструк-
ции позволяют регулировать соотношение плеч рычажного механизма
(например, смещением точки опоры рычага) и тем самым ход суппорта
при одном кулачке. Применяют также сменные кулачки.
Кинематическое замыкание, при котором толкатель в обе стороны
перемещается пазом кулачка, усложняет конструкцию и изготовление,
не всегда возможно по условиям заклинивания. При силовом замыкании
толкатель прижат к профилю кулачка пружиной или грузом. Сила Fn
пружины должна быть достаточной, чтобы преодолеть нагрузку QB х
(обычно вспомогательного хода) и силу инерции FH в, чтобы исключить
отрыв (отставание) толкателя от кулачка. В свою очередь, при рабочем
ходе кулачок должен преодолеть нагрузку 2р х, силу инерции Ги р и
силу пружины Fn. Сильная пружина вызывает удар в конце обратного
хода, при слабой пружине возможен удар из-за отскока в конце рабоче-
го хода.
Материал кулачков выбирают исходя из требуемых контактной
прочности и износостойкости. Менее нагруженные кулачки изготовляют
из сталей 45 или 40Х, закаленных (ТВЧ) до HRC 52...58. Для более ответ-
ственных кулачков применяют цементуемую сталь 15 или 20Х твер-
достью HRC 56...62. Ролики толкателей выполняют из стали 20Х или
IUX15, скользящие наконечники
толкателей — иногда из твердого
сплава.
Профилирование кулачков опи-
сано в § 41. Путь рабочего органа
зависит от разности радиусов кулач-
ка, скорость — от крутизны профиля
f
Рис. 232. Сочетание кулачково-рычаж-
ного и зубчато-реечного механизмов

и частоты вращения кулачка. От точности участка рабочего хода в форме
обычно архимедовой спирали зависит равномерность движения подачи.
От формы участка обратного хода зависят, с одной стороны, потери
времени на отвод, с другой - динамические явления в системе.
Особенно важно плавно сопрягать соседние участки. Излом на гра-
фике пути s, например, при переходе от равномерного быстрого подво-
да 1 (рис. 233, а) со скоростью к рабочей подаче 2 со скоростью
сопровождается скачком скорости Д v =	— гр, что приводит теорети-
чески к бесконечно большому ускорению а = — °°. Практически воз-
никает ’’жесткий” удар. Если при скруглении излома на графике пути
(рис. 233, б) скорость меняется постепенно, но с резким переходом
(излом на графике скорости), то ускорение достигает ограниченного
значения скачком. Происходит ’’мягкий” удар. Наиболее благоприятно
сопряжение по синусоидальному закону (рис. 233, в), при котором даже
большее (по сравнению с ускорением на рис. 233, б) ускорение меняет-
ся плавно, удар отсутствует.
При расчете кулачкового механизма выявляют соотношения геомет-
рических параметров и сил. Крутизна профиля определяется углом подъе-
ма 0П (рис. 234) между касательной АК к профилю и нормалью АС к
радиусу-вектору О А (О — ось вращения кулачка). Расположение толкателя
относительно кулачка характеризуется углами 6 и 0. Угол смещения 6
показывает, насколько смещен вектор скорости толкателя (совпадает
с тяговой силой 2) относительно центра О кулачка (радиуса-вектора ОА) .
Углом давления 0 называют угол между нормалью Ап к профилю кулачка
и вектором скорости толкателя. Если 6 = 0, то 0 = 0П (элементарный
кулачковый механизм).
При повороте кулачка на угол Да профиль занимает положение,
показанное пунктиром, радиус-вектор ОВ — положение ОАВ', толкатель
перемещается на расстояние Д5. Отрезок АВ' = AR является прираще-
нием радиуса-вектора ОА — R. При малом угле Да Д5 » Д a/^tg (0 + 6) cos5.
Рис. 233. Изменение скорости и ускоре-
ния при различном сопряжении участков
профиля кулачка
Рис. 234. Схема к расчету кулачкового
механизма
345

i определяют методы ее контроля, выявляют методы достижения задан-
ной производительности, обосновывают компоновку АЛ, выбирают тип
системы управления.
Разработку технического предложения начинают с анализа техничес-
кого задания, технологичности изготовляемой детали. Намечают базовые
поверхности, оценивают возможные припуски для обработки. По согла-
сованию с заказчиком возможна обоснованная корректировка техничес-
кого задания.
Затем составляют операционный чертеж детали, на котором простав-
ляют размеры обработанных и базовых поверхностей, габаритные разме-
ры, дополнительные размеры, учитываемые, например, при транспорти-
ровании, указывают технические требования к заготовке и к детали
после ее изготовления на АЛ.
Далее разрабатывают технологический процесс изготовления детали:
выбирают методы и последовательность обработки, режущий и измери-
тельный инструмент, рассчитывают режимы обработки, определяют
операции, которые можно концентрировать и совмещать в отдельных
позициях, подсчитывают основное технологическое время для каждого
перехода, синхронизируют работу отдельных станков и позиций путем
разделения видов обработки, применения комбинированного инструмен-
та, согласования режимов резания на отдельных операциях.
После этого определяют число потоков заготовок на отдельных
участках, число межоперэционных накопителей и их вместимость. Анали-
зируют, необходимы ли вспомогательные (например, поворотные) устрой-
Рис. 235. Пример планировки автоматической линии
347

При прочих равных условиях увеличение в сопровождается уменьше-
нием Да или R. Первое сокращает время, необходимое для перемещения
(например, для подвода) , так как угол поворота кулачка пропорционален
времени. Это повышает производительность станка. При уменьшении R
механизм становится компактнее.
От угла давления в зависит коэффициент возрастания сил е = N/Q.
При одной и той же требуемой силе Q с увеличением 0 увеличиваются
нормальная сила N, вызывающая изнашивание кулачка, и силаР, от кото-
рой зависят износ направляющих толкателя и крутящий момент на валу
кулачка. Обычно е = 1,35.„2. При чрезмерно большом угле 3 силы тре-
ния возрастают настолько, что кулачок не в состоянии преодолеть их, ~
происходит заклинивание. При 6 = 0 предельный угол давления 03 опре-
деляется коэффициентом тренияна поверхности кулачка и/2 в направ-
ляющих толкателя: tg ~------------.
/1 + J2
В книгах [30, 53] приведена номограмма для определения оптималь-
ного 0 по Л + f2 ,
Вопросы для самопроверки
1.	По каким критериям рассчитывают передачи винт-гайка скольжения и
качения?
2.	Каковы методы создания предварительного натяга в передачах винт—гайка
качения?
3.	Какова роль угла давления в кулачковом механизме?
ГЛАВА 25.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
§106. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В соответствии с ЕСКД автоматическую линию (АЛ) проектируют
поэтапно: разрабатывают техническое предложение, эскизный, техничес-
кий и рабочий проекты.
Техническое задание является исходным документом для проекти-
рования и содержит прежде всего чертеж изготовляемой детали, где
выделены поверхности, подлежащие обработке и указаны требования
к точности этих поверхностей. Оговаривается требуемая производитель-
ность АЛ (с учетом наращивания производительности по годам). Кроме
того, должны быть приведены чертеж заготовки со всеми техническими
требованиями к ней и план участка цеха, где предполагаете^ разместить
АЛ, с указанием колонн, проходов, додъемно-транспортных средств,
места подачи заготовок и т. п.
Техническое предложение на АЛ является результатов решения
наиболее принципиальных вопросов проектирования, поэтому его разра-
ботка — очень ответственный этап. На этом этапе разрабатывают техноло-
гический процесс изготовления детали, анализируют точность обработки
346

ства, выбирают целесообразную компоновку АЛ. В результате разрабаты-
вают технологическую схему АЛ (см. рис. 177) и составляют планировку
АЛ (рис. 235). На планировке вычерчивают в масштабе общие виды
(эскизы) станков и другого оборудования, учитывая минимально допус-
тимые расстояния между отдельными станками и агрегатами.
Эскизный проект предусматривает составление циклограммы работы
АЛ, разработку конструкции наиболее важных оригинальных устройств
АЛ, подготовку заданий на проектирование электрооборудования, гидро-
оборудования, специального инструмента и оснастки.
Технический проект представляет собой окончательно разработан-
ную конструкцию всех устройств и линии в целом. Особое внимание
обращают на взаимную увязку механизмов, станков, агрегатов.
Рабочий проект содержит полный комплект конструкторской доку-
ментации, необходимой для изготовления и эксплуатации ЛА.
§107. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ
На универсальных станках изготовляют различные детали, которые
различаются и заданной точностью и размером партии. Автоматическая
линия обычно предназначена для изготовления одних и тех же деталей,
незначительно различающихся размерами или даже одного типоразмера.
Нет необходимости стремиться к всемерному повышению точности обра-
ботки на АЛ, но должна обеспечиваться ее заданная точность. Производи-
тельность АЛ также недопустимо занижать, но нецелесообразно ее завы-
шать (это приведет к простоям, более интенсивному изнашиванию инстру-
ментов и т. п.). Но если для массового производства предполагается уста-
навливать несколько одинаковых линий, то оправдан выбор варианта
с повышенной производительностью, позволяющей на стадии проектиро-
вания уменьшить требуемое число линий.
Качество АЛ в решающей степени определяется надежностью. Это
связано с автоматическим характером работы и большим числом взаимо-
связанных элементов (много станков, десятки узлов, до нескольких
сотен инструментов). Наиболее часты отказы режущих инструментов и
управляющих устройств (в частности, электрических аппаратов). Из-за
нестабильности припусков на заготовки, их твердости, режущих свойств
инструментов, коэффициентов трения, температуры и т. д. возникают
отказы механизмов. Отказы проявляются, например, в несрабатывании
устройств при заклинивании или поломке, в потере точности обработки
на станке.
Время безотказной работы (наработка между отказами) т[,Т2, — ,т'п
чередуется во временем восстановления т", Т2,...,т” нарушенной работо-
способности. Среднее число отказов в единицу рабочего времени (напри-
мер, в 1 ч) называют параметром потока отказов со. Среднюю величину т
называют наработкой на отказа обозначают т, причем т = 1/со. Величи-
ны со и т количественно характеризуют безотказность.
Обобщенной характеристикой безотказности и ремонтопригодности
является коэффициент готовности
348

где /р = t'i + 72 + ... +	— суммарная наработка линии за некоторый
период; tn = т" + т2 + ... +	— суммарное время устранения отказов за
d fn
тот же период; В  ------удельная длительность восстановления системы.
Если учитывают время на обязательное техническое обслуживание
/обе (профилактические осмотры, чистку, смазывание и т. п.), то поль-
зуются коэффициентом технического использования
______*р_____
1? = -----Е.
+	+ *рбс
При проектировании АЛ рассчитывают показатели ожидаемой надеж-
ности всей системы. Для этого используют показатели надежности отдель-
ных элементов, определенные по эксплуатационным наблюдениям или
экспериментально, и учитывают структуру АЛ.
Расчеты на надежность проводят на основе теории вероятностей.
В простейшем случае, если за N циклов работы линии некоторое устрой-
ство сработало правильно Nn раз и отказало No раз (N — Nn + No), то
вероятность безотказной работы P(f) = Nn/N, а вероятность отказа
Q(f) = No/N, причем Pft) = 1 — Q(t). При отсутствии отказов P(t) = 1.
При последовательном соединении независимых элементов АЛ
(рис. 236, а) отказ хотя бы одного элемента влечет отказ всей линии.
Параметр потока отказов пинии и удельную длительность ее восстанов-
ления определяют соответственно по формулам
со = coi + со2 + ...+ ып 9 В — Bi + В2 + ... + Вп ,
где каждое слагаемое характеризует один из входящих в линию элемен-
Рис. 236. Виды соединений элементов автоматической линии:
а — последовательное; б — параллельное; в - смешанное
349 I

тов. При этом вероятность P(t) безотказной работы АЛ равна произве-
дению вероятностей безотказной работы всех элементов:
Так как в формуле каждый сомножитель меньше единицы, то увеличе-
ние числа сомножителей уменьшает Р(г), т. е. чем больше элементов
соединено последовательно, тем ниже надежность АЛ.
При параллельном соединении элементов линии (рис. 236, б) она
отказывает только в случае отказа всех параллельных элементов. Вероят-
ность отказа параллельного соединения равна произведению вероятностей
отказа каждого элемента:
2(0 =G1(O<2a(O -G„(0.
Следовательно, чем больше элементов соединено параллельно, тем
менее вероятен отказ соединения, т. е. выше надежность АЛ. Возможно
также смешанное соединение элементов (рис. 236, в) .
Зная закономерности, определяющие показатели надежности, кон-
структор использует различные методы и средства для ее повышения.
Чтобы ограничить число жестко соединенных последовательных элемен-
тов, линию разбивают на участки, разделенные накопителями. Вводят
дополнительные элементы, повышающие безотказность основных эле-
ментов благодаря их защите от вредных воздействий (фильтры в гидро-
системе, предохранительные муфты в приводе, блокировочные устрой-
ства и т. п.). Компенсируют вредные воздействия, например, введением
автоматических подналадчиков или устройств для поддержания темпе-
ратуры. В линию включают также резервные элементы (параллельные
фильтры, резервные позиции в линиях и др.) .
Кроме перечисленных структурных путей, надежность повышают
также путем увеличения запаса прочности, износостойкости и т.п.,
быстрой смены деталей и узлов, периодически выходящих из строя.
В АЛ с ЧПУ диагностика неисправностей основана на автоматической
отработке тестов, хранящихся в памяти системы, на развитой системе све-
товой сигнализации. Система ЧПУ позволяет автоматически накапливать
статистические данные о фактической надежности АЛ и ее элементов.
Зная штучную (цикловую) производительность линии Q — 1/Т (где
Т — продолжительность цикла) и коэффициент технического использо-
вания г?, определяют техническую производительность АЛ: 2Т = Qrp
При проектировании АЛ очень важно использовать принципы стан-
дартизации. Они позволяют повысить надежность благодаря применению
тщательно отработанных, многократно проверенных элементов.
В АЛ основные механизмы станков используются более интенсивно,
чем в универсальных станках, так как они работают по две смены в сутки и
даже круглосуточно при большом удельном весе машинного времени и вы-
сокой скорости установочных перемещений. Это повышает роль критерия
износостойкости при проектировании АЛ. Постоянно действующие под-
вижные соединения должны быть, как правило, с качением или жидкост-
ным трением (гидростатические, гидродинамические). Повышенные
требования к быстродействию устройств часто делают необходимой опти-
мизацию конструкций по критерию минимальной инерционности.
350

§ 108. РАСЧЕТЫ, ХАРАКТЕРНЫЕ ДЛЯ КОНСТРУИРОВАНИЯ
ЭЛЕМЕНТОВ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
Расчеты механизмов и деталей станка, входящего в АЛ или работаю-
щего отдельно, проводятся одинаково. Разница может быть лишь в расчет-
ном режиме использования. В АЛ станки связаны устройствами, переме-
щающими заготовки. Для упрощения конструкции конвейеров стараются
применять самотечные системы — лотки. Лоток должен быть таким, чтобы
заготовки в нем не застревали, но и не разгонялись чрезмерно, что вызо-
вет в конце движения сильный удар.
Чтобы заготовка двигалась, угол наклона лотка у (рис. 237, а) дол-
жен быть больше угла трения р (tgp = /, где f — коэффициент трения).
При f = 0,1 достаточен наклон плоского лотка на угол -7 > 6°. Однако f
может достигать 0,2...0,3, а угловая форма профиля лотка (рис. 237,6)
дополнительно снижает проходимость, что учитывается введением при-
веденного коэффициента трения f = //sin а (рис. 237, в). Например,
при а = 45°/' = 1,4/. Поэтому обычно для лотков-склизов у = 20...250.
Если скорость заготовки в начале лотка равна нулю, то после того,
как она опустилась по лотку на расстояние Л, скорость ее увеличивается
ДО v = x/2gft(l -y'ctg7) , где g — ускорение свободного падения, м/с2;
h — в м*. Ъсли скорость заготовки слишком велика и нет возможности
уменьшить перепад высот, то следует предусмотреть специальные замед-
лители движения или притормаживающий участок в конце лотка с уг-
лом 71 < р. Применяют также зигзагообразные лотки.
Проходимость заготовок в лотке часто зависит от соотношения
размеров заготовки и лотка. В частности, чтобы ролик длиной L мог
катиться по лотку, необходимо, чтобы ширина последнего В — L + Д,
где Д — зазор (рис. 237, г). При Lmin условие проходимости Д >Lmax —
г- Lmin. В пределах зазора ролик может перекоситься на угол 0. Если
угол между горизонталью и линией, соединяющей точки касания ролика
Рис. 237. К расчету проходимости заготовок в лотках
351

со стенками лотка, ф < р, где р — угол трения, то происходит заклинива-
у/)2 +L2'
s/1 + f2'
ние заготовки в лотке. Во избежание этого должно быть Д <
— L.
Фаски на заготовке уменьшают диаметр, ухудшая ее проходимость.
При использовании манипуляторов загрузка-выгрузка упрощается,
если применять открытые схваты. Однако при резком разгоне или тормо-
жении инерционные силы могут сместить заготовку в схвате и даже
сбросить ее. Действительно, при ускоренном движении призматического
схвата 1 (рис. 238, а) на заготовку 2, кроме силы тяжестиР = mg, дейст-
вует сила инерции Q = та, где т — масса заготовки, g — ускорение силы
тяжести; а — ускорение схвата. Рассмотрим силы при разных ускоре-
ниях аг и а2. Составляющие Рп1 и Рп2 равнодействующих R\ и R2 прижи-
мают заготовку к стороне призмы, а составляющие Рс1 иЯс2 стремиться
сдвинуть заготовку относительно той же стороны. При малом ускорении
составляющая Рс1 направлена внутрь призмы, при большом — Рс2 выбра-
сывает заготовку. При 2а = 90° максимально допустимое ускорение
(без учета коэффициента трения качения) а = g и Rc = 0.
В общем случае схват может двигаться под углом к горизонту,
а ось симметрии призмы может располагаться под углом у к вертикали
(рис. 238, б). При этом максимально допустимые ускорения различны
при движении вверх и вниз. Их определяют по формуле
__ geos (а * 7)
дтах sin[a ± (</) — 7) ]
(верхние знаки — при движении вверх, нижние — при движении вниз).
Оптимальный угол наклона призмы, при котором максимальные уско-
рения сравниваются, можно найти по формуле
70ПТ =	+ arcsin (sin<pcos2a)] .
Если 2a = 90°, то 70ПТ = <р/2.
Корпусная деталь, свободно лежащая на поворотном столе, может
сместиться, если центр тяжести заготовки не совпадает с осью поворота
и центробежная сила больше силы трения. В этом случае максимально
допустимое ускорение ятах = gf, где f = 0,15...0,4 — коэффициент тре-
Рис. 238. Схемы сил в открытом захвате
352

Рис. 239. Схема клещевого захвата
ния. Так как нормальное ускорение
равномерно поворачиваемой заготовки
а ~ р2/г, где р — линейная скорость; г —
р2
радиус вращения, то gf = — . Отсюда
максимально допустимая скорость ршах —
= 3,13>//ТГ
Для перемещения заготовок с большой скоростью и по сложным
траекториям используют закрытые схваты, из которых наибольшее
применение получили клещевые схваты (рис. 239). Силы зажима такого
схвата (при а = 30...45 °) [9]
F= 1,3(7 [0,63 ~ + -,Чк\ ] (-- + 0^,
’	1 ’ b (k+fD}b J v g ’ 9
где G - сила тяжести заготовки; Н; с, b, h, к-ее размеры,м; /- коэффи-
циент трения заготовки о поверхность губок захвата; D — диаметр заго-
товки, м; а — ускорение движения схвата, м/с2; К - коэффициент,
учитывающий отклонение от соосности е осей заготовки и схвата (К =
= 1,6 при 2,5 мм,Л" = 2 при е — 2,5...5 мм) .
§109. ПОНЯТИЕ ОБ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
Создание АЛ является значительным вкладом в решение социаль-
ных задач нашего общества, так как позволяет освободить людей от
тяжелого и монотонного труда, иногда во вредных условиях. С помощью
АЛ и автоматических станочных систем осуществляется принципиально
важная комплексная автоматизация машиностроительного производ-
ства, это — шаг в направлении техники будущего. При этом открывается
возможность создавать такие технологические процессы и средства произ-
водства, в функционировании которых человек и не смог бы принять
непосредственное участие, например, вследствие их быстродействия.
При проектировании АЛ недостаточно предусмотреть замену чело-
века механизмами, хотя это сама по себе сложная задача. Необходимо,
чтобы автоматизация была выгодна обществу, способствовала повыше-
нию качества продукции, росту производительности труда. Повышение
долговечности продукции эквивалентно дополнительному ее выпуску.
В итоге должна быть достигнута существенная экономия сумгларных
затрат труда, которые отражаются затратами денежных средств.
Экономическую эффективность рассчитывают при выборе наиболее
выгодного варианта при проектировании АЛ и для определения ожидае-
мого экономического эффекта от ее внедрения. Прежде всего определяют
себестоимость С2 обработки продукции на новой АЛ и сравнивают ее
с себестоимостью Ci обработки на действующем (заменяемом) оборудо-
353

вании. Если С2 > Ci, применять новую АЛ нецелесообразно за исключе-
нием тех случаев, когда необходимо оградить человека от вредных усло-
вий производства или когда проектируют экспериментальный вариант АЛ.
Наиболее полное представление об экономической эффективности
дает сравнение суммарных приведенных затрат Зп на выпуск продукции
при эксплуатации АЛ. Так, экономический эффект за один год работы АЛ
Э = 3П1 - Зп2 = (Ci + ЕНК\) - (С2 + ЕнК2) ,
где Ен — нормативный коэффициент эффективности капиталовложений
(0,15...0,2); К — капитальные вложения; индексы 1 и 2 соответствуют
заменяемому и новому оборудованию. При этом учитываются затраты
как при изготовлении, так и при эксплуатации различного оборудования.
Распространены и другие показатели экономической эффективности,
например срок окупаемости дополнительных капиталовложений Т =
К2-Кг	1
— —-------— Нормативный срок окупаемости Тн — —— . Условие
Gj- С2	Еу
окупаемости Т < Гн.
При подсчете экономического эффекта от использования АЛ за
весь срок ее службы следует учитывать, что этот срок должен быть больше
срока окупаемости, но меньше срока морального изнашивания, который
определяют путем прогнозирования. Обращают внимание также на удель-
ные капиталовложения. Из двух вариантов АЛ предпочтителен тот, кото-
рый требует минимальных капиталовложений для обеспечения выпуска
заданного количества продукции.
Вопросы для самопроверки
1.	Каковы методы повышения надежности автоматических линий?
2.	От чего зависит проходимость заготовок в лотках?
3.	Как оценивается экономическая эффективность автоматических линий?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Автоматизированные комплексы из станков с ЧПУ с централизованным
управлением от ЭВМ для обработки корпусных деталей/ А.М. Барон, Б.С. Воскобой-
ников, С.С. Черников и др. М.: НИИМАШ, 1979,68 с.
2.	Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. М.: Машино-
строение, Т. 1, 1980. 728 с.Т 2, 1981.559 с. Т. 3, 1982.557 с.
3.	Ашихмин В.Н. Протягивание. М.: Машиностроение, 1981.144 с.
4.	Батов В.П. Токарные станки. М.: Машиностроение, 1978. 152 с.
5.	Беляев В.Г. Расчет диаметра винта привода подач станков с ЧПУ. - Станки
и инструмент, 1981, № 8, с.7-9.	,
6.	Белянин П.Н. Промышленные роботы. М.: Машиностроение, 1975. 400 с.
7.	Бобров А.Н., Перченок Ю.Г. Автоматизированные фрезерные станки для
объемной обработки. Л.: Машиностроение, 1979. 231 с.
8.	Бобров В.П., Чеканов Л.И. Транспортные и загрузочные устройства автома-
тических линий. М.: Машиностроение, 1980. 119 с.
9.	Брон Л.С. Автоматические линии и агрегатные станки для серийного, крупно-
серийного и массового производства. М.: НИИМАШ, 1979. 92 с.
354

10.	Волчкевич Л.И., Кузнецов М.М., Усов БА. Автоматы и автоматические
линии. ОД.: Высшая школа, 1976. Ч. I. 230 с. Ч. II. 336 с.
11.	Вороничев Н.М., Тартаковский ЖЭ., Генин В.Б. Автоматические линии из
агрегатных станков. М.: Машиностроение, 1979.487 с.
12.	Грачев Л Л., Гиндин Д.Е. Автоматизированные участки для точной размер-
ной обработки деталей. М.: Машиностроение, 1981. 240 с.
13.	Детали и механизмы металлорежущих станков/Д.Н. Решетов, В.В. Каминс-
кая, А.С. Лапидус и др. Под. ред. Д.Н. Решетова. М.: Машиностроение, 1972. Т. 1,
663 с. Т. 2.520 с.
14.	Итин А.М., Родичев ЮЛ. Наладка и эксплуатация токарных многошпин-
дельных полуавтоматов. М.: Машиностроение, 1977. 136 с.
15.	Каминская В.В., Решетов ДЛ. Фундаменты и установка металлорежущих
станков. М.: Машиностроение, 1975. 208 с.
16.	Камышный Н.И. Автоматизация загрузки станков. М.: Машиностроение,
1977.288 с.
17.	Камышный Н.И., Стародубов В.С. Конструкция и наладка токарных автома-
тов и полуавтоматов. М.: Высшая школа, 1975.424 с.
18.	Козырев Ю.Г. Построение типажа промышленных роботов. - Станки и ин-
струмент, 1978, № 7, с. 1-8.
19.	Конструкции и наладка автоматических линий и специальных станков/
Л.С. Брон, С.Н. Власов, К.Н. Константинов и др. М.: Высшая школа, 1977, 359 с,
20. Кочергин А.И. Автоматы и автоматические линии. Минск: Высшая школа,
1980. 288 с.
21.	Кудинов В.А. Динамика станков. М.: Машиностроение, 1967. 359 с.
22.	Лизогуб В.А. Конструирование и расчет шпиндельных узлов на опорах
качения. - Станки и инструмент, 1980, № 5, с. 18-20.
23.	Локтева С.Е. Станки с программным управлением. М.: Машиностроение,
1979.288 с.
24.	Лоскутов В.В., Ничков А.Г. Зубообрабатывающие станки. М.: Машино-
строение, 1978. 192 с.
25.	Лурье Г.Б., Комиссаржевская ВЛ. Шлифовальные станки и их наладка.
М.: Высшая школа, 1976..415 с.
26.	Маеров А.Г. Об уточнении терминов движений в станках. - Научно-техни-
ческая терминология, 1982, № 1,с. 11-14.
27.	Маеров А.Г. О терминах видов формообразующих движений при обработке
на металлорежущих станках. - Научно-техническая терминология, 1981, № 11,
с. 7-11.
28.	Металлорежущие станки/Н.С. Ачеркан, А.А. Гаврюшин, В.В. Ермаков и др.
Под ред. Н.С. Ачеркана. М.: Машиностроение, 1965. Т. 1. 764 с. Т. 2. 628 с.
29.	Металлорежущие станки/Н.С. Колев, Л.В. Красниченко, Н.С. Никулин и др.
М.: Машиностроение, 1980. 500 с.
30.	Металлорежущие станки и автоматы/А.С. Проников, Н.И. Камышный,
Л.И. Волчкевич и др. Под ред. А.С. Проникова. М.: Машиностроение, 1981. 479 с.
31.	Модзелевский А А., Соловьев А.В., Лонг В А. Многооперационные станки.
М.: Машиностроение, 1981. 216 с.
32.	Наладка агрегатных станков/С.И. Федоров, В.Б. Генин, Ж.Э. Тартаковский
и др. М.: Машиностроение, 1982. 232 с.
33.	Ничков А.Г. Резьбонарезные станки. М.: Машиностроение, 1979. 144 с.
34.	Ничков А.Г. Фрезерные станки. М.: Машиностроение, 1977.184 с.
35.	Основы конструирования машин. Атлас конструкций/ И.С. Богатырев,
А.В. Буланже, П.В. Выборнов и др. Под ред. Д.Н. Решетова. М.: Машиностроение,
1967.252 с.
36.	Петрик М.И., Шишков ВА. Таблицы для подбора зубчатых колес. М.: Маши-
ностроение, 1973. 527 с.
37.	Программное управление станками/В.Л. Сосонкин, О.П. Михайлов, Ю.А. Пав-
лов и др. Под ред. В.Л. Сосонкина. - М.: Машиностроение, 1981. 398 с.
38.	Пуш В.Э. Конструирование металлорежущих станков. М.: Машиностроение,
1977.392 с.
355

39.	Расчет и конструирование металлорежущих станков/ Б.Г. Егерман, В.А. Бра-
вичев, ЛЛ. Корсов и др. М.: Машгиз, 1950. 352 с.
40;	Расчет и проектирование деталей машин/К.П. Жуков, А.К. Кузнецова,
С.И. Маслеников а и др. Под ред. Г.Б. Столбина и К.П. Жукова. М.: Высшая школа,
1978.247 с.
41.	Ратмиров В.А. Основы программного управления станками. М.: Машино-
строение, 1978. 240 с.
42.	Рубежи пятилетки. — Станки и инструмент, 1982, № 1, с. 1,2.
43.	Савенко Г .Г., Егерман Б.Г. Станки, автоматы, автоматические линии. М.:
Высшая школа, 1967. 354 с.
44.	Сандаков М.В. Таблицы для подбора шестерен. Справочник. М.: Машино-
строение, 1982. 232 с.
45.	Сверлильные и хонинговальные станки/С.И. Куликов, П.В. Волоценко,
Ф.Ф. Ризванов и др. М.: Машиностроение, 1977. 232 с.
46.	Сильвестров Б Л., Захаров ИД. Конструкции и наладка зуборезных и резьбо-
фрезерных станков. М.: Высшая школа, 1979. 255 с.
47.	Тарзиманов ГЛ. Проектирование металлорежущих станков. М.: Машино-
строение, 1980. 288 с.
48.	Токарные многошпиндельные автоматы/В.И. Чергикало, О.И. Гуров,Б.П. Да-
видович и др. М.: Машиностроение, 1978. 309 с.
49.	Устройство промышленных роботов/Е.И. Юревич, Б.Г. Аветиков, О.Б. Ко-
рытко и др. Л.: Машиностроение, 1980. 333 с.
50.	Федотенок АЛ. Кинематическая структура металлорежущих станков. М.:
Машиностроение, 1970.407 с.
51.	Филонов И.П., Петрова С.Г., Шевандо ЯХ. Наладка металлообрабатывающих
станков и автоматических линий. М.: Машиностроение, 1980.123 с.
52.	Чернов НЛ. Металлорежущие станки. М.: Машиностроение, 1978. 389 с.
53.	Шаумян ГЛ. Комплексная автоматизация производственных процессов.
М.: Машиностроение, 1973. 639 с.
54.	Шиманович МЛ., Михайлов В.В. Малогабаритный скоростной шпиндельный
узел с гидростатическими опорами шпинделя. - Станки и инструмент, 1982, № 2,
с. 15-16.
55.	Экономика станкоинструментальной промышленности/ А.М. Андреев,
Л.С. Белоусов, В.В. Битунов и др. Под ред. А.М. Андреева и В.В. Битунова. М.:
машиностроение, 1981. 280 с.
356

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Автомат - Понятие 7
Автоматические линии (АЛ) 7
-	Вероятность безотказной работы 350
-	Вероятность отказа 350
-	Виды соединений элементов 349
-	Классификация 247, 248
-	Коэффициент готовности 348,349
-	Коэффициент технического использо-
вания 349
-	Понятие 246
-	Применение 246, 247
-	Пример планировки 347
-	Расчет экономической эффективности
353,354
-	Система для удаления стружки 248
- Система контроля и управления качест-
вом обработки 248, 249
-	Система обеспечения СОЖ 248
-	Система управления 249,250
-	Системы ЧПУ 250
-	Техническая производительность 350
- Транспортно-загрузочная система
Автоматические линии (АЛ) для обра-
ботки тел вращения - Назначение 252 -
Принцип работы 252-254
-	из агрегатных станков - Назначение
25 0 - Принцип работы 25 0- 25 2
Автооператоры - Назначение 79
-	Принцип действия 79-81
Агрегатные станки - Назначение 241,
242 - Разновидности 242, 243 - Сило-
вая головка 246 - Силовые столы 245,
246 - Шпиндельные узлы 244, 245
- ХПА4 (переналаживаемый) - Назна-
чение 243 - Принцип работы 243
Б
Базы конструкторские - см. Конструк-
торские базы
Бесцентрово-шлифовальные станки -
Назначение 200 - Схемы базирования
заготовок 200, 201
-	ЗМ184 (круглошлифовальный) - Ки-
нематическая структура 201, 202 -
Назначение 201 - Особенности конст-
рукции 203
Блокировочные устройства - Назначе-
ние 56
-	Принцип действия 56, 57
Большие интегральные схемы (БИС) 70
Бункера - Назначение 76
-	Принцип действия 76, 77
В
Вариаторы механические - см. Коробки
передач
- Назначение 36
- Принцип действия 36
Вертикально-сверлильный станок
2Н135 - Кинематическая структура
142-145
-	Назначение 142
-	Основные узлы и движения 142
-	Техническая характеристика 142
-	Устройства для закрепления инстру-
ментов 144,145
- Шпиндельный узел 144,145
Вертикально-фрезерные станки — Осо-
бенности конструкции 164 - Разновид-
ности 164,165
-	6520ФЗ (с крестовым столомиЧПУ) -
Кинематическая структура 165 - Наз-
начение 165 - Техническая характе-
ристика 165 - Система ЧПУ 166
Виллиса формула 51
Винты ходовые - Виды профилей 337
- Классы точности 338
-	Материалы 338
Внутришлифовальные станки - Разно-
видности 205 - Способы базирования
205
- ЗК227В - Кинематическая структура
203-205 - Назначение 203 - Основные
узлы и движения 203 - Особенности
конструкции 205 - Техническая харак-
теристика 203
Г
Гибкие автоматизированные участки —
см. Гибкие производственные системы —
Достоинства 255 - Назначение 254 -
Понятие 254 - Разновидности 254,
255 - Система управления 256 - Станки
с ЧПУ 25- Транспортно-накопитель-
ные средства 256
-	АСВ-22 - Назначение 256 - Принцип
работы 257, 258
-	АСК-10 - Назначение 258 - Принцип
работы 258
Г ибкие производственные модули 7
Гибкие производственные системы 4
Гидродвигатели — см. Источники дви-
жения
•	Применение 24
Г итары сменных зубчатых колес -
357

Назначение 42 - Условия сцепляемости
колес 43,44
-	двупарные42,43
-	однопарные 42
Головки делительные - см. Делитель-
ные головки
Горизонтально-протяжной станок 7Б56 -
Гидропривод 191,192
-	Назначение 189,190
-	Основные узлы и цикл работы 190,
191
-	Техническая характеристика 190
Г оризонтально-расточной	станок
2А620Ф2-1 - Кинематическая структу-
ра 151-154
-	Назначение 150
-Основные узлы и движения 150, 151
-	Особенности конструкции 154
-	Техническая характеристика 150
Горизонтально-фрезерные станки - Осо-
бенности конструкций 161
-	6Р82Ш - Кинематическая структура
161, 162 - Назначение 160 - Основные
узлы и движения 160, 161 - Особен-
ности конструкции узлов 163,164
ГОСТ 12.2.009-80 9
6852-80Е 5
12593-72 318
2323-76 318
2324-77 318
24644-81 318
График частот вращения — Понятие 289
- Построение 293-295
Группа передач - Понятие 289
Д
Движение в станках 11-14,22, 23
Делители потока - Назначение 79
-	Принцип работы 79
Делительные головки - Примене-
ние 167
—	Принцип работы и настройка 167—
170
-	Разновидности 167
Детали корпусные — см. Корпусные
детали
— типа тел вращения - Понятие 252
Деформации температурные - Поня-
тие 10
Диаграмма лучевая 27,28
Дискрета - Понятие 61
Дифференциальные механизмы - Наз-
начение 50
- Принцип действия 50,51
Долбежные станки — Недостатки 180 —
Применение 180
. - 7Д430 - Кинематическая структура
187-189 - Назначение 187 - Основные
узлы и движения 187
358
Ж
Жесткость станка - Понятие 9
3
Зубодолбежные станки - Пример наст\
ройки 218, 219 - Разновидности 217,
.218 - Способ обработки 212, 213 -
Устройство для нарезания косых зубьев
218
-5122 - Кинематическая структура
215-217 - Назначение 214 - Основные
узлы и движения 214, 215 - Техничес-
кая характеристика 214
Зубообрабатывающие станки - Назнаг
чение 211
- Разновидности 213 - см. также под
их названиями: Зубодолбежные станки;
Зуборезные станки для конических ко-
лес с криволинейными зубьями; Зубо-
строгальные станки; Зубофрезерный
полуавтомат 53А50
Зуборезные станки для конических ко-
лес с криволинейными зубьями — Спо-
соб нарезания зубьев 234,235
- 5С270П (полуавтомат) - Кинемати-
ческая структура 235-237 - Назначе-
ние 235
Зубострогальные станки - Назначение
227 - Принцип образования формы
зуба 227, 228
- 45236П (полуавтомат) - Кинемати-
ческая структура 229-232 — Люлька
233, 234 - Основные узлы 228 - Ревер-
сирующий механизм 232, 233 - Принцип
работы 229 - Техническая характерис-
тика 228 - Цикл обработки зуба 229
Зубофрезерные станки — Способ обра-
ботки 213
Зубофрезерный полуавтомат 53А50 -
Кинематическая структура 219-224 -
- Конструкция узлов 226,227
-	Назначение 219
-	Основные узлы и движения 219
-	Пример настройки 224-226
—	Техническая характеристика 219
-	Установка угла наклона шпинделя
фрезы 224
И
Износостойкость - Понятие» 10
Индуктосин линейный — Назначение 69
-	Принцип действия 69
Интерполяторы - Назначение 70, 71
-	Принцип действия 71, 72 f
Источники движения — Особенности
встройки в станок 26 - Параметры
24 - Разновидности 24
-	гидравлические - Особенности и об-
ласти применения 25, 26

-	пневматические - Особенности и об-
ласти применения 25, 26
-	электрические - Особенности и об-
ласти применения 25
К
Карусельные станки - Назначение 105
- Принцип работы 105
Кинематические структуры с ’’выпаде-
нием” скоростей 296
-	сложные 297,298
-	с совпадением скоростей 296
Кинематический расчет - Исходные
данные 284 - Определение предельных
значений скорости 285,286 - Последова-
тельность 284,285
- коробки передач - Выбор структуры
и построение структурных сеток 291,
292 - Методы 288 - Описание готового
графика частот вращения 289, 290 -
Определение числа степеней 286 -
Основные зависимости 290, 291 — Пост-
роение графика частот вращения 293,
294
Командоаппарат кулачковый - Принцип
действия 59,60
Конвейеры вибрационные - Назначение
75 - Принцип действия 75
-	ленточные - Назначение 75 - Принцип
действия 74
-	роликовые - Назначение 74 - Прин
цип действия 75
-	цепные - Назначение 74 - Принцип
действия 74
-	шаговые - Назначение 74 - Принцип
действия 75
Конструирование - Начало 268 - Общие
особенности 273-278 - Очередность
268, 269 - Понятие 264
-	автоматических линий - Особенности
348-350-Расчет 351-353
—	деталей в узле 270-279
- коробок передач 312, 313 - Гермети-
зация 309, 310 - Определение мощнос-
ти электродвигателя 311, 312 - Распо-.
ложение 305, 306 - Расчеты деталей
314-317 - Роль осевых и радиальных
размеров 306, 307 - Свертка валок
307, 308 - Смазывание 309 - Способы
переключения 304, 305 - Устройства
управления переключением 310 - Эле-
менты коробок скоростей и подач 303
- узла 269,270,274
Конструкторские базы - Понятие 272
Контроллер программируемый - Прин-
цип действия 60
Контроль деталей активный - Понятие
249
-	пассивный 248,249
Координатно-расточные станки - Раз-
новидности 159
-	2Е450АФ1 - Кинематическая структу-
ра 155-157 - Назначение 155 - Основ-
ные узлы и движения 155, 156 - Отсчет-
ная система 157 - Система предвари-
тельного набора координат 157-159 -
Техническая характеристика 155
Копировально-фрезерные станки — Ко-
пировальные системы 171,172
-	Назначение 171
Копирование - Принцип 211,212
Коробки передач - Классификация 35,
36 - Назначение 35 - Особенности
компоновок 305 , 306 - Определение
мощности электродвигателя 311, 312 -
Особенности способов переключения 304,
305 - Расчет деталей 312-317 - Расчет
числа зубьев колес 299, 300 - Разновид-
ности 304 - Способы переключения
36, 37 - Требования 302 - Устройства,
управляющие переключением 39, 40
Корпусные детали - Разновидности 84,
85
Кривошипно-кулисные механизмы -
Назначение 48
Кривошипно-шатунные механизмы -
Назначение 48
-	Принцип действия 48
Круглошлифовальный станок ДМ 151 -
Кинематическая структура 196, 200
- Назначение 196
-	Основные узлы и движения 196
-	Техническая характеристика 196
-	Шлифовальная бабка 199,200
Кулачковые механизмы - Выбор ма-
териала кулачков 344
- Назначение 344
-	Особенности конструкции 344, 345
-	Принцип действия 47,48
-	Профилирование кулачков 138
-	Расчет 345,346
Л
Линии автоматические — см. Автома-
тические линии (АЛ)
Лотки - Выбор угла наклона 351
-	Применение в АЛ
-	Расчет проходимости заготовок 351,
352
Лотки-скаты - Назначение 73
-	Принцип действия 73, 74
Лотки-склизы — Назначение 73
-	Принцип действия 74
М
Магазины - Назначение 77
-	Принцип действия 77
359

Магнитострикционный эффект 24
Мальтийские механизмы - Назначе-
ние 50
-	Принцип действия 50
Манипуляторы - Назначение 79
Механизмы со встречными конусами из
зубчатых колес и с вытяжной шпон-
кой 41
Механизмы - см. под их названиями:
Дифференциальные механизмы; Криво-
шипно-кулисные механизмы; Криво-
шипно-шатунные механизмы; Кулачко-
вые механизмы; Мальтийские механиз-
мы; Храповы е м еханизмы
Микропроцессоры — Понятие 72
-	Применение 73
Модули гибкие производственные — см.
Гибкие производственные модули
Многоцелевые станки - Компоновки
174 - Механизмы автоматической смены
инструмента 174, 175 - Назначение 174
- 2204ВМФ4 (горизонтальный сверлиль-
но-фрезерно-расточной) - Кинематичес-
кая структура 176-178 Назначение
175 - Основные узлы и движения 175,
176 - Особенности конструкции уз-
лов 179, 180 - Отсчетная система 179 —
Система ЧПУ 179, 180 - Смена инстру-
мента 178, 179 - Техническая характе-
ристика 175
Момент инерции сечения - Формула
для расчета 336
МуфГы приводные — Назначение 52
- обгона (односторонние) - Назначе-
ние 5 3 - Принцип действия 53,54-
- постоянные - Назначение 52 - Прин-
цип действия 52
-	предохранительные - Назначение 53-
Принцип действия 5 3
-	сцепные - Назначение 52 - Принцип
действия 52, 53
Н
Накопители - Назначение 75
-	Разновидности - см. под их назва-
ниями: Бункера; Магазины
Направляющие - Назначение 86
-	Понятие 85
-	Разновидности 86-88
-	Формы 86
Наработка на отказ - Понятие 348
Натяг предварительный — Понятие 33
Нортона механизм 41,42
О
Обкат - Принцип 212, 213
Опоры станков - Конструкции 260,
261
360
Ориентирующие устройства - Назна-
чение 77
-	Разновидности 77, 78
Отношение передаточное — см. Переда-
точное отношение
Отсекатели - Назначение 78
-	Принцип действия 78
П
Параметр потока отказов - Понятие 348
Паспорт станка 264
Перебор - Кинематический расчет 297,
298 - Понятие 38
Передаточная величина — Понятие 18
Передаточное отношение - Понятие 18
Передача винт-гайка 20, 164 - Назна-
чение 46 - Основные требования 337 -
Принцип действия 20,47
-	качения - Выбор типа опор 342 -
Классы точности 341 - Материалы
341 - Основные свойства 340, 341 -
Применение 340 - Расчет 342, 343 -
Устройство 341
—	скольжения . - Выбор конструкции
339 - Выбор конструкции гайки 339 -
Расчеты 339, 340
Передача зубчатая 331
—	коническая 18,19
-	реечная 20,46
-	ременная 10, 20, 331, 332
-	червячная 18
-	цилиндрическая 18, 314-316
Перемещения расчетные — Понятие 23
Перфолента - Назначение 62
Питатель - Назначение 75
-	Принцип действия 78, 79
Плоскошлифовальные станки - Приме-
нение 211 - Разновидности 210, 211
- ЗЕ721ВФ1-1 - Кинематическая струк-
тура 207-210 - Назначение 206 - Прав-
ка шлифовального круга 210 - Тех-
ническая характеристика 206
Подвижные соединения гидродинамичес-
кие - Применение 35 - Свойства 34,
35 - Схема 34
-	гидростатические - • Применение 35 -
Свойства 34 - Схема 34
-	с качением - Предварительный на-
тяг 33 - Применение 33 - Свойства 32,
33 - Схемы 31
-	со скольжением - Применение 32 -
Свойства 32 - Схемы 31
Подналадчик автоматический - Прин-
цип действия 249
Подпятники - Назначение 338 f
Полуавтомат - Понятие 7
Поперечно-строгальный станок 7Е35 -
Кинематическая структура 182, 183
- Назначение 181

-	Основные узлы и движения 181
-	Техническая характеристика 181
Преобразователь линейный кодовый -
см. Ин терполя торы
-	Принцип действия 71
Привод - Понятие 14
-	главного движения - Структурная
схема 303
-	движения подачи - Структурная схе-
ма 303
-	ручной - см. Источники движения -
Применение 24
Принцип действия устройства — Поня-
тие 269
Программа - Понятие 59
Продольно-строгальный станок 7212 -
Кинематическая структура 184-186
-	Назначение 184
-	Основные узлы и движения 184
-	Техническая характеристика 184
Продольно-фрезерные станки - Назна-
чение 170
-	Особенности конструкции 170, 171
Проектирование - Методика кинемати-
ческого расчета - см. Кинематический
расчет - Основные этапы 264, 265 -
Подготовительные работы 267 - Поня-
тие 265
- автоматических линий - Рабочий
проект 348 - Техническое задание
346 — Технический проект 348 - Техни-
ческое предложение 346, 347 - Эскиз-
ный проект 348
Промышленные роботы — Понятие 81 -
Разновидности 81
-	МП-1 - Назначение 82 - Принцип дей-
ствия 83
-	СМ40Ц4301 - Назначение 82 - Прин-
цип действия 82,83
Протяжные станки - Назначение 189
- Разновидности 189 - см. также Гори-
зонтально-протяжной станок 7Б56
- Схема протягивания 189
Прочность - Понятие 10
Р
Радиальносверлильный станок 2554 -
Кинематическая структура 146-149
Назначение 145
Основные узлы и движения 146
Техническая характеристика 145
Штурвальное устройство механизма
подач 148,149
Расточные станки Назначение 141
- Разновидности 141 - см. также под
их названиями: Горизонтально-расточ-
ной станок 2А620Ф2-1; Координатно-
расточные станки
Расчеты технические 265, 280-284
Реверсирующие устройства - Назначе-
ние 55
-	Принцип действия 55
Регулирование скорости - Сочетание
ступенчатого и бесступенчатого регули-
рования 298,299
Резьбообрабатывающие станки - Спосо
бы образования резьбы 237, 238
- 5Б63 (полуатомат) - Каретка 240,
241 - Кинематическая структура 238,
239, 241 - Назначение 238
Роботы промышленные - см. Промыш-
ленные роботы
Руководство по эксплуатации автомати-
ческой линии 264
- станка 264
С
Сверлильные станки - Назначение 141
- Разновидности 141 - см. также под
их названиями: Вертикально-сверлиль-
ный станок 2Н135; Радиально-сверлиль-
ный станок 2554
Сельсин - Принцип действия 69
Сетка структурная - см. Структурная
сетка
Система несущая - Детали - см. Кор-
пусные детали
- Понятие 84
-	Формы 84
Системы гибкие производственные - см.
Гибкие производственные системы
Системы управления станками копи-
ровальные - Принцип работы 57, 58
- кулачковые - Принцип работы 57,58
- от ЭВМ - Назначение 62 - Прин-
цип работы 62
-	по давлению - Принцип работы 57,58
- путевые - Принцип работы 5 7
-	ЦПУ -Назначение 59 - Принцип ра-
боты 59,60
-	ЧПУ - см. Системы ЧПУ
Системы ЧПУ - Блоки, обрабатываю-
щие информацию в устройстве управле-
ния 70-72 .- Датчики обратной связи
67-70 - Назначение 61 - Принцип
работы 61, 62 - Принципы построения
72, 73 - Устройства задания и считыва-
ния программы 67 - Элементная база 70
- адаптивные 63,63
- замкнутые 63
- контурные 65
- незамкнутые 62
- позиционные 64,65
- прямоугольные 64, 65
Соединения подвижные - см. Подвиж-
ные соединения
Спутник - Понятие 84
Стандартизация - Понятие 84
361

Станки - Безопасность работы 9
-	Геометрические погрешности 8
-	Геометрический ряд частот вращения
шпинделей 28-31
-	Диапазон регулирования частот враг
щения шпинделя 28
-	Динамические погрешности 8
-	Единицы измерения скорости рабочих
движений 13,14
-	Испытание на виброустойчивость 263
-	Испытание на жесткость 263
-	Испытание на холостом ходу 262
-	Испытание под нагрузкой и в работе
262,263
-	Испытание электрооборудования 263
-	Кинематические погрешности 8
-	Классификация 5-7
-	Классы 7
-	Критерии работоспособности 9, 10
- Механические кинематические свя-
зи 14
-	Модели 6, 7
-	Надежность 9
-	Назначение 5
-	Настройка по параметрам движения
23,24
-	Основные размеры 5
-	Основные условные обозначения эле-
ментов кинематических схем 15-17
- Проверка паспортных данных 262
- Проверка точности 263
-	Производительность 8
-	Размерный ряд 5
-	Регулирование скорости 27, 28
-	Системы управления - см. Системы
управления станками
-	Смазывание 262
-	Сменные колеса44,45
-	Составные части 14
-	Способы повышения производитель-
ности 8
-	Типаж 5
-	Типы - см. под их названиями: Дол-
бежные станки; Зубообрабатывающие
станки; Зубофрезерные станки; Кару-
сельные станки; Многоцелевые станки;
Протяжные станки; Расточные станки;
Резьбообрабатывающие станки; Свер-
лильные станки; Строгальные станки;
Токарно-винторезные станки; Токарно-
карусельные станки; Токарно-револь-
верные станки; Токарные автоматы;
Токарные полуатоматы
-	Точность 8
-	Транспортирование 259
-	Удобство обслуживания 9
-	Условия рациональной эксплуатации
258,259
362
-	Установка и закрепление 259-261
-	Экономическая эффективность 9
-	Цикл работы 59
Строгальные станки - Недостатки 180
-	Применение 180
—	Разновидности 180 — см. также Попе-
речно-строгальный стцнок 7Е35; Про-
дольно-строгальный станок 7212
Структурная сетка 291, 292
Структуры кинематические — см. Кине-
матические структуры
Схваты закрытые 80 - Применение
353 - Схема 353
-	открытые 79 - Достоинства 352 -
Применение 352 - Схемы сил 352
Схемы кинематические - Понятие 18
-	Условные обозначения элементов
15-17
Схемы большие интегральные — сгЛ.
Большие интегральные схемы
Т
Технологичность конструкции — Поня-
тие 265
-	Пример улучшения 265,266
Технология безлюдная - Понятие 4
Токарно-винторезные станки - Назнаг
чение 89 - Применение 88
-	16К20 - Кинематическая структура
90-94 - Конструкция узлов 94-97 -
Основные узлы и движения 89\ 90 -
Техническая характеристика 89
Токарно-карусельный станок 1512 - Ки-
нематическая структура 106-109
-	Конструкция стола 109
Назначение 105
-	Основные узлы и движения 106
-	Техническая характеристика 106
Токарно-револьверные станки - Назна-
чение 105
-	1Г340 - Кинематическая структура -
Назначение 109 - Основные узлы и дви-
жения ПО - Револьверный суппорт
ИЗ, 114 - Техническая характеристика
109, 110 - Шпиндельная бабка ИЗ, 115
Токарно-револьверный одношпиндель-
ный прутковый автомат 1Е140П -
Кинематическая структура 127-131
-	Конструкция узлов 131-133
-	Назначение 127
-	Основные узлы и движения 127, 128
-	Техническая характеристика 127
Токарные автоматы - Назначение 116 —
Настройка 135-141 - Применение 117 -
Разновидности 116 - см. также под
их названиями: Токарно-револьверный
одношпиндельный прутковый автомат
1Е140П; Токарный шестишпинделъный
прутковый автомат 1Б240-6К - Уст-
ройство 116	'

Токарные полуавтоматы - Назначение
116 - Настройка 135 - Применение
117 - Разновидности 116 - см. также
под их названиями: Токарный много-
резцово-копировальный ' полуавтомат
1713; Токарный одношпинделъный вер-
тикальный полуавтомат 1А 734ФЗ с ЧПУ;
Токарный шестишпиндельный полуавто-
мат 1А290П
Токарные станки - Назначение 88 -
Наладка 97, 97, 101 — Обтачивание
конусов 99, 100 - Основные парамет-
ры 89 - Приспособления для наладки
98 - Разновидности - см. под их наз-
ваниями: Токарно-винторезные станки;
Токарно-карусельный станок 1512; То-
карно-револьверные станки; Токарный
патронно-центровой станок 16К20ФЗ с
ЧПУ; Токарный станок 16К20Т1 с
Оперативной системой.
Токарный многорезцово-копировальный
полуавтомат 1713 - Гидро копироваль-
ная система 119,120
-	Кинематическая структура 118,119
-	Назначение 117
-	Основные узлы и движения 117, 118
- Техническая характеристика 117
Токарный одношпинделъный вертикаль-
ный полуавтомат 1А734ФЗ с ЧПУ -
Кинематическая структура 120-122
- Назначение 120
-	Основные узлы и движения 120
-	Техническая характеристика 120
Токарный патронно-центровой станок
16К20ФЗ с ЧПУ - Кинематическая
структура 101-103
-	Назначение 100
-	Система ЧПУ 103
-	Техническая характеристика 101
Токарный станок 16К20Т1 с оператив-
ной системой ЧПУ - Назначение 103
- У стройство 103,104
Токарный шестишпиндельный гори-
зонтальный патронный полуавтомат
1А290П - Кинематическая структура
123-127
-	Назначение 122
-	Основные узлы и движения 123
-	Техническая характеристика 122
Токарный шестишпиндельный прутко-
вый автомат 1Б240-6К - Назначение 133
- Особенности конструкции 134,135
- Техническая характеристика 134
Тормозные устройства - Назначение 54
- ленточные - Принцип действия 54, 55
- многодисковые- Принцип действия 55
Транспортные устройства - Назначе-
ние 73
-	Разновидности — см. под их названия-
ми: Конвейеры; Лотки-скаты; Лотки-
склизы
Трансформатор вращающийся — Приме-
нение 67
-	Принцип действия 67,68
Триггер 70
у	'
Унификация - Понятие 266
Устройства — см. под их названиями:
Блокировочные устройства; Ориенти-
рующие устройства; Реверсирующие уст-
ройства; Тормозные устройства; Транс-
портные устройства
Ф
Фрезерные станки - Назначение 159
-	Применение 173
-Приспособления 166-170
-	Разновидности 159, 173 - см. также
под их названиями: Вертикально-фре-
зерные станки; Горизонтально-фрезер-
ные станки; Копировально-фрезерные
станки; Продольно-фрезерные станки;
Фрезерные станки непрерывного дейст-
вия
Фрезерные станки непрерывного дейст-
вия - Применение 173
-	Разновидности 173
Фундаментные болты — Конструкции 261
Фундаменты — Материал 260
- Основные виды 259,2.60
X
Храповые механизмы - Назначение 49
- Принцип действия 49,50
Ц
Цепи кинематические - Настройка 22
-	Общая передаточная величина 20
-	Понятие 20
-	Расчетные перемещения 22,23
-	Требования 24
-	Уравнения кинематического баланса
21,22
Ш
Шлифовальные станки — Измеритель-
но-управляющие устройства 194, 195
- Назначение 193
—	Правка шлифовального круга 194
-	Применение 193
-	Разновидности 193, 200, 201 - см.
также под их названиями: Бесцентрово-
шлифовальные станки; Внутришлифо-
вальные станки; Круглошлифовальный
станок ЗМ151; Плоскошлифовальные
станки - Смазочно-охлаждающая жид-
кость 195 — Схемы шлифования 193,
363

194 - Устранение неуравновешенности 318 - Деформации 333 - Жесткость
шлифовального круга 194, 195 - Число- 318 - Износостойкость 318 - Назначе-
вое программное управление 195	ние 317 - Теплостойкость 318 - Точ-
Шпиндели - Выбор материала 332	ность вращения 318 - Шпиндельные
-	Опоры - см. Шпиндельные опоры опоры качения 320-325 - Шпиндель-
— Расчет на вибро устойчивость 336, 337 ные опоры с жидкостной смазкой
- Расчет на жесткость 333-336	325-329
-	Расчет на прочность 336
—	Расчетные схемы 334
Шпиндельные опоры — Основные харак- Электродвигатели — см. Источники дви-
теристики 330, 331	женил
Шпиндельные опоры аэростатические 330 _ Применение 24
-	качения 320-325	Электромагниты - см. Источники дви-
-	с жидкостной смазкой 325, 326, 328, женил
329	- Применение 24
-	с пол у жид костной смазкой 330	Эффект магнитострикционный - см.
Шпиндельный узел - Вибро устойчивость Магнитострикционный эффект
'' \
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.............................................................3
Раздел 1. Общие сведения о станках и устройство их узлов.............5
Глава 1. Общие сведения о металлообрабатывающих станках..............5
§ 1.	Классификация.............................................5
§ 2.	Технико-экономические показатели качества и критерии работо-
способности ....................................................8
§ 3.	Основные элементы и их взаимодействие......................И
§ 4.	Кинематические цепи и их настройка.........................14
§ 5.	Источники движения......................................  24
§ 6.	Ряды частот вращения шпинделей . . . .....................27
§ 7.	Основные типы подвижных соединений........................31
Вопросы для самопроверки.......................................35
Глава 2. Коробки передач..................................’.........35
§ 8	. Назначение и типы.......................................35
§ 9.	Специальные конструкции...................................41
§ 10.	Конструкция и настройка гитары сменных колес.............42
Вопро	сы для самопроверки....................................45
Глава 3. Механизмы привода прямолинейного движения, периодического дви-
жения и дифференциальные механизмы..................................46
§11.	Механизмы привода прямолинейного движения................46
§ 12.	Механизмы прерывистого (периодического) движения.........49
§ 13.	Дифференциальные механизмы...............................50
Вопросы для самопроверки.......................................52
Глава 4: Механизмы управления движениями............................52
§ 14.	Муфты....................................................52
§ .15	. Тормозные устройства...................................54
§ 16.	Реверсирующие устройства...........................’.....55
§ 17.	Блокировочные устройства.................................56
Вопросы для самопроверки.......................................57
Глава 5. Системы управления станками.......................	. у. . . . 57
§ 18.	Системы управления станками общего назначения и станками для
крупносерийного производства...................................57
§ 19.	Понятие о системах программного управления станками......59
§ 20.	Особенности систем ЧПУ..................................62
§ 21.	Понятие об устройстве блоков систем ЧПУ..................67
364

Вопросы для самопроверки........ ............................../3
Глава 6. Транспортные и загрузочные устройства . . . ...............73
§ 22.	Транспортные устройства..................................73
§ 23.	Устройства питания станков-автоматов.....................75
§ 24.	Автоматические манипуляторы и промышленные роботы........79
Вопросы для самопроверки.......................................84
Глава 7. Несущие системы станков и направляющие....................84
§ 25.	Несущая система и ее элементы............................84
§ 26.	Направляющие станков.....................................86
Вопросы для самопроверки.......................................88
Раздел 2. Устройство металлообрабатывающих станков и автоматических ли-
ний. Вопросы эксплуатации...........................................88
Глава 8. Токарные станки...........................................88
§ 27.Общие сведения............................................88
§ 28. Токарно-винторезный станок	16К20.........................89
§ 29. Наладка токарного станка и применяемые приспособления....97
§ 30..Токарный патронно-центровой станок 16К20ФЗ с ЧПУ.........Ю(
§ 31.	Токарный станок 16К20Т1 с оперативной системой ЧПУ........103
Вопросы для самопроверки..........................................юд
Глава 9. Карусельные и токарно-револьверные станки...................105
§ 32.	Общие сведения.............................................105
§ 33.	Одностоечный токарно-карусельный станок 1512...............Ю5
§ 34.	Токарно-револьверный станок 1Г340 .........................Ю9
Вопросы для самопроверки..........................................U6
Глава 10. Токарные полуавтоматы и автоматы...........................
§ 35.	Общие сведения............................................
§ 36.	Токарный многорезцово-копировальный полуавтомат 1713.......ц7
§ 37.	Токарный одношпиндельный вертикальный полуавтомат 1А734ФЗ
с ЧПУ...............................................................
§ 38.	Токарный шестишпиндельный горизонтальный патронный полу-
автомат 1А29ОП...................................................122
§ 39.	Одношпиндельный прутковый токарно-револьверный автомат
1Е14ОП...........................................................127
§ 40.	Токарный шестишпиндельный прутковый автомат 1Б240-6К......133
§ 41.	Настройка автоматов и полуавтоматов.......................135
Вопросы для самопроверки.........................................141
Глава 11. Сверлильные, и расточные станки............................141
§ 42.	Общие сведения.............................................141
§ Вер	тикально-сверлильный станок 2Н135.........................142
§ 44.	Радиально-сверлильный станок 2554......................... 145
§ 45.	Горизонтально-расточный станок 2А620Ф2-1...................150
§ 46.	Координатно-расточные станки..............................155
Вопросы для самопроверки.........................................159
Глава 12. Фрезерные станки...........................................159
§ 47.	Общие сведения............................................159
§ 48.	Горизонтально-фрезерные станки............................160
§ 49.	Вертикально-фрезерные станки..............................164
§ 50.	Приспособления для фрезерных станков......................166
§51.	Общий обзор фрезерных станков.............................170
Вопросы длй самопроверки.........................................173
Глава 13. Многоцелевые станки........................................174
§ 52.	Общи^ сведения........................................... 174
§ 53.	Многоцелевой горизонтальный сверлильно-фрезерно-расточный ста-
нок 2204ВМФ4.....................................................175
Вопросы Для самопроверки.........................................180
Глава 14. Строгальные, долбежные и протяжные станки..................180
§ 54.	Общие сведения.............ч..............................180
§ 55.	Поперечно-строгальный станок 7Е35.........................181
365

§ Двухстоечный продольно-строгальный станок 7212................184
§ 57.	Долбежный станок 7Д430 . ...............................  187
§ 58.	Протяжные станки..........................................189
Вопросы для самопроверки........................................192
Глава 15. Шлифовальные станки.......................................193
§ 59.	Общие сведения............................................193
§ 60.	Круглошлифовальный станок ЗМ151 ..........................196
§ 61.	Бесцентрово-шлифовальные станки.......................... 200
§ 62.	Внутришлифовальные станки..................................ЮЗ
§ 63.	Плоскошлифовальные станки.................................206
Вопросы для самопроверки.....................,..................211
Глава 16. Зубо-и резьбообрабатываюпХие станки.....................  211
§ 64.	Общие сведения о зубообрабатывающих станках...............211
§ 65.	Зубодолбежные станки......................................214
§ 66.	Зубофрезерный полуавтомат 53 А50..........................219
§ 67.	Зубострогальные станки....................................227
§ 68.	Зуборезные. станки для конических колес с криволинейными
зубьями.......................................................  234
§ 69.	Резьбообрабатывающие станки...............................237
Вопросы для самопроверки..............'.........................241
Глава 17. Агрегатные станки.........................................241
§ 70.	Общие сведения............................................241
§ 71	Основные узлы агрегатных станков..........................244
Вопросы для самопроверки......................................  246
Глава 18. Автоматические линии и станочные системы..................246
§ 72.	Общие сведения об автоматических линиях...................246
§ 73.	Автоматические линии из агрегатных станков................250
§ 74.	Автоматические линии для обработки тел вращения...........252
§ 75.	Гибкие производственные системы (ГПС)....................254
Вопросы для самопроверки........................................258
Глава 19. Эксплуатация станков и автоматических линий...............258
§ 76.	Общие сведения............................................258
§ 77.	Транспортирование и установка станков....................259
§ 78.	Смазывание станков.......................................262
§ 79.	Приемные испытания станков...............................262
§ 80.	Паспорт станка и руководство по эксплуатации.............263
Вопросы для самопроверки........................................264
Раздел 3. Конструирование и расчет металлообрабатывающих станков и авто-
матических линий....................................................264
Глава 20. Общие сведения о проектировании станков...................264
§ 81.	Содержание и общая последовательность проектирования.....264
§ 82.	Подготовительные работы при проектировании...............267
§ 83.	Методика конструирования...............................  268
§ 84.	Расчеты при конструировании станков......................280
Вопросы для самопроверки......................................  284
Глава 21. Методика кинематического расчета при проектировании механизмов
станков.............................................................285
§ 85.	Цель расчета, его основные этапы и условия...............285
§ 86.	Определение предельных значений скорости и числа ступеней короб-
ки передач ..............................................t.....286
§ 87.	Графическая часть расчета кинематической схемы коробок передач . . 288
§ 88.	Особые виды кинематических структур......................295
§ 89.	Сочетание ступенчатого и бесступенчатого регулирования...298
§ 90.	Расчет чисел зубьев колес в коробках передач...........	. . 299
§ 91.	Расчеты для связи вращательного и прямолинейного движений .... 301
Вопросы для самопроверки.......................................302
Глава 22. Конструирование коробок передач...........................302
§ 92.	Требования к коробкам передач............................302
366

§ 93.	Элементы коробок скоростей и подач. ................... • ЗЛЯ
§ 94.	Особенности способов переключения коробок передач....
§ 95.	Особенности компоновок коробок передач.................>	; 305
§ 96.	Дополнительные вопросы конструирования коробок передач . .... 309
§ 97.	Определение мощности электродвигателя.................	. 311
§ 98.	Расчеты деталей коробок передач........................... i 312
Вопросы для самопроверки..............................г.........317
Глава 23. Конструирование шпиндельных узлов........................ . . 317
§ 99.	Требования и основные факторы, определяющие конструкцию . . . . 317
§ 100.	Шпиндельные опоры качения...............................320
§ 101.	Шпиндельные опоры с жидкостной смазкой..................325
§ 102.	Сравнение опор и приводов шпинделей.....................330
§103.	Расчеты шпинделей.......................................332
Вопросы для самопроверки........................................337
Глава 24. Конструирование механических тяговых устройств в приводах
станков...........................................................  337
§ 104.	Передачи ходовой винт-гайка.............................337
§ 105.	Кулачковые механизмы....................................344
Вопросы для самопроверки........................................346
Глава 25. Проектирование автоматических линий.......................346
§ 106.	Последовательность проектирования.......................346
§ 107.	Особенности конструирования...........................  348
§ 108.	Расчеты, характерные для конструирования элементов автомати-
ческих линий....................................................351
§ 109.	Понятие об экономической эффективности автоматических линий . . 353
Вопросы для самопроверки....................................... 354
Список литературы...................................................354
Предметный указатель................................................357