ПРОНИКОВ А. С.
проф. доктор, технич. наукРАСЧЕТ
И КОНСТРУИРОВАНИЕ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
СТАНКОВдопущено
министерством высшего и среднего
специального образования СССР
в качестве учебного пособия
для студентов машиностроительных вузов
и факультетовГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО «ВЫСШАЯ ШКОЛА»
Москва 1962
ВведениеВ курсе «Расчет и конструирование металлорежущих станков»
изучаются основные методы расчета и конструирования узлов,
механизмов и деталей станков из условия обеспечения качествен¬
ной и количественной стороны процесса обработки.Это означает, что прочность, жесткость, износостойкость, виб-
роустойчивость и другие характеристики деталей и узлов станка,
а также компоновка, технические
и эксплуатационные показатели
станка должны обеспечить требуе¬
мые точность обработки и чистоту
поверхности при высокой про¬
изводительности и экономичности
процесса.Курс «Расчет и конструирова¬
ние станков» базируется на кур¬
сах «Теория резания металлов»,«Кинематика станков», «Детали
машин» и «Теория механизмов и
машин».Г Современные металлорежущие
Станки являются весьма разно¬
образными и развитыми рабочими
машинами, включающими большое
число механизмов и использую¬
щими механические, электрические,
гидравлические и другие методы
осуществления движений и уп¬
равления циклом.Станки занимают особое место
среди таких машин-орудий, как
текстильные, транспортные, ма¬
шины легкой промышленности, полиграфические и другие, потому,
что они предназначены для изготовления деталей других машин,
т. е. для производства средств производства. Поэтому станкостро¬
ение часто называют сердцевиной машиностроения.В настоящее время станкостроительная промышленность СССР
обеспечивает машиностроение всеми необходимыми типами совре¬
менных высокопроизводительных станков. Наше станкостроениеРис. 1. График выпуска металлоре¬
жущих станков в СССР3
Рис. 2, а. Универсальные токарно-винторезные станки завода
«Красный пролетарий»
модель ТН-20 (сверху) и модель 1Д62М (ДИП200М)было создано лишь при Советской власти^ДДо революции станки
производили лишь отдельные заводы в небольших количествах.
Рост выпуска станков в СССР показан на рис. 1, откуда видно, что
развитие отечественного станкостроения идет небывалыми темпами.Г Отечественное станкостроение развивается не только в коли¬
чественном, но и в качественном отношении.УНа рис. 2 показаны универсальные токарно-винторезные стан¬
ки одного из старейших отечественных заводов «Красный проле¬
тарий» различных лет выпуска. Все основные технические показа¬4
Рис. 2, б. Модель 1А62 (сверху) и модель 1К62тели этих станков — точность, производительность, мощность, быст¬
роходность, долговечность и другие— непрерывно совершенствуют¬
ся о^ модели к модели [28].Улучшаются также эксплуатационные характеристики и архи¬
тектурные формы, расширяются технологические возможности вы¬
пускаемых станков^Для сравнения основных технических характеристик станков,
выпущенных заводом «Красный пролетарий», в табл. 1 приведены
значения мощности главного привода N (/сет), число скоростей z
и наибольшее число оборотов шпинделя /гтах (об/мин),
^Оценивая качественные изменения отечественных станков, мож¬
но отметить, что значительно повысился технический уровень выпус-
Таблица 1Модель станкаТН-20Дип-200
(1Д62)ДИП-200М(1Д62М)1А621К62N (кет) . . .3(контрпривод)3,75,8710^тах (об/мин)32060060012002000г	9*8182123Таблица 2Выпускаемые
группы станковКоличество моделей ставков, освоенных
в серийном производстве1932 г.1937 г.1940 г.J 1945 г1950 г.I 1955 г.1957 г.1 1965 г.| проектПрецизионные ....
Автоматы и полуав¬—47941109115180томаты 	7428740115250295650Специализированные6395447141346370620Тяжелые станки . .35291290247280420Всего типоразмеров471903201503847889001500каемых станков, с каждым годом увеличивается общее число типо¬
размеров, растет удельный вес прогрессивных групп/(табл. 2).Станкостроительные заводы, построенные за годы Советской вла¬
сти, успешно соревнуются с лучшими заграничными фирмами. Так
если в 1931 г. американская фирма «Цинцинати» предлагала нам за
огромные деньги чертежи и технологию изготовления фрезерных
станков, то в настоящее время первенец 1-й пятилетки, Горьков¬
ский завод фрезерных станков выпускает более 100 типоразмеров
высококачественных уникальных станков.^Величественные перспективы развития отечественного маши¬
ностроения, которые наметил 225$Г1 съезд КПСС, принявший прог¬
рамму построения коммунизма, поставили важные задачи и перед
станкостроением.Для освоения новых станков станкостроительная промышлен¬
ность значительно увеличит кадры своих инженерно-технических
р^отииксж^Н-шример, к 1966 г. число конструкторов-станко-
сгрои гелей увеличится в 2,3 раза, а число технологов—в 3 раза
но сравнению с 1960 г./Исходя из генеральной задачи отечественной промышленнос¬
ти, поставленной	съездом КПСС, — технического перевоо-
р ужен и я всего народного хозяйства на базе высококачественных
автоматизированных машин и агрегатов, отечественное станкостро¬
ение должно решить разнообразные и важные задачи, основными
из которых являются:6
1. Дальнейшая автоматизация и создание
высокопроизводительных станков — создание ав¬
томатов и автоматических линий, станков на базе новых техноло¬
гических процессов с высокой производительностью и примене¬
нием скоростных методов обработку/ станков с программным уп¬
равлением, станков, удобных для встройки в автоматические линии,
универсальных станков с автоматизацией вспомогательных и кон¬
трольных операций.f2. Повышение качества станков — повышение
их точности, жесткости, виброустойчивости, долговечности, по¬
вышение технических характеристик станков (быстроходности, мощ¬
ности, к. п. д.).3.	Повышение экономичности станков —
удешевление их производства и проектирования, снижение веса,
занимаемых площадей, использование унифицированных узлов и
деталей, применение новых профилей и материалов, в том числе
пластмасс, создание более технологичных конструкций.4.	Дальнейшее развитие станкозаводов —
их специализация для производства станков данной группы и ши¬
рокое кооперирование предприятий; сокращение номенклатуры
изготовляемых станков и увеличение серийности производства на
данном заводе, с применением поточного метода производства стан-
kobj производство гаммы станков на одной базе. Создание специаль¬
ных заводов для производства нормальных и унифицированных де¬
талей и узлов.15. Планомерное обновление парка стан¬
ков — замена устаревших моделей более совершенными, расши-.
рение типажа станков с увеличением типоразмеров прогрессивных
групп и станков, созданных на базе новых технологических процес¬
сов, модернизация оборудования.Успешно решая разнообразные и сложные проблемы, станко¬
строительная промышленность СССР обеспечивает перевооруже¬
ние всех отраслей промышленности высокопроизводительными и
качественными станками. }
Часть 1Общие требования, предъявляемые
к станкамГлава 1ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНКОВ
§ 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СТАНКОВ1.	Разнообразие типов металлорежущих станковХарактерным для станков является наличие большого числа
типов и моделей, причем в пределах одного типа станков имеются
десятки и сотни различных конструктивных решений.Трудно найти более разнообразную и обширную группу машин,
чем металлорежущие станки. Это объясняется, во-первых, чрез¬
вычайным разнообразием тех деталей, которые обрабатываются
на станках, и, во-вторых, различием применяемых методов обра¬
ботки.Обрабатываемые детали различны по размеру — от де¬
талей часовой промышленности (мелких осей, шестеренок, размеры
которых измеряются в мм до огромных деталей турбин, прокат¬
ных станов, теплоходов, размеры которых измеряются десятками
метров. Обрабатываемые детали различны также:по форме — от простейших форм в виде цилиндра и парал¬
лелепипеда до сложных корпусных деталей, гребных винтов, ло¬
паток турбин, криволинейных кулачков и т. п.;по точности обработки — от десятых долей мм до
микрон при высокой чистоте поверхности;по материалу — кроме обычных марок сталей и чугунов,
обрабатываются легированные и специальные стали, цветные спла¬
вы м др.Методы обработки отличаются большим разнообразием, когда
одна п та же форма детали может быть получена различными сред¬
ствами. Кроме того, характер производства (индивидуальное, се¬
рийное, массовое) оказывает непосредственное влияние на парамет¬
ры и технические характеристики станка.Исходным показателем проектируемого станка является в ы б-
р а н п ы й технологический процесс обработ-8
к и. В связи с этим дфлжны быть установлены и основные техноло¬
гические характеристики станка — метод обработки (схема реза¬
ния и применяемый инструмент) и степень концентрации операций
в станке.2.	Классификация станков по методам обработкиМетод обработки базируется на выбранной схеме резания, ко¬
торая определяет тип и основную характеристику станка.При кинематических расчетах станков (курс «Кинематика стан¬
ков») устанавливаются кинематические связи между инструмен¬
том и заготовкой, обеспечивающие процесс формообразования. .При конструировании станков эти связи должны быть материа¬
лизованы в соответствующие механизмы и узлы, которые обеспечи¬
вают необходимые точность, производительность и экономичность
процесса формообразования.Поэтому при конструировании станков метод обработки дол¬
жен характеризоваться более полно, чем при кинематических рас¬
четах и учитывать характер движения рабочих органов станка (прос¬
тота траектории, величина скоростей, взаимное расположение рабо¬
чих органов в пространстве, число движений) и усилия, необходи¬
мые для снятия стружки (величина, направление и характер уси¬
лий).На рис. 3 приведена классификация металлорежущих станков
по методам обработки, которые характеризуются видом инстру¬
мента и характером обрабатываемой поверхности. Обработка по¬
верхностей однолезвийным инструментом (резцом) производится
на токарных, карусельных, строгальных, долбежных и других стан¬
ках. Для этих станков характерна простая форма инструмента, и
поэтому имеется широкая возможность применения твердосплав¬
ного и минералокерамического инструмента. Усилие резания на¬
правлено под некоторым углом к обрабатываемой поверхности, ве¬
личина которого зависит от геометрии режущего лезвия и разме¬
ров срезаемого слоя металла.Станки, работающие с многолезвийным инструментом (фрезер¬
ные, протяжные), характеризуются, как правило, высокой произ¬
водительностью. В процессе обработки возникают значительно боль¬
шие усилия, чем при работе однолезвийным инструментом, и поэ¬
тому станки должны обладать повышенной жесткостью и вибро¬
устойчивостью.Для станков, работающих осевым инструментом (сверлильные,
центровальные станки), характерно направление усилия резания
вдоль оси инструмента.Для обработки некруглых отверстий последнее время получили
распространение так называемые ультразвуковые стаики, в кото¬
рых инструмент получает колебательное движение высокой часто¬
ты вдоль своей оси.
10Рис. 3. Классификация металлорежущих станков по методам обработки
Особую группу представляют станки, работающие абразивным
инструментом, где при обработке имеет место процесс микрореза¬
ния, когда большое число режущих зерен шлифовального круга
снимает микростружки с обрабатываемой поверхности. Для шли¬
фовальных, хонинговальных, полировальных и других станков
этой группы характерны высокие скорости резания и вследствие
этого также повышенные требования к виброустойчивости станков.
Эти станки обычно применяются для отделочных операций.Хотя принятый метод обработки не определяет полностью точ¬
ности, производительности и других показателей, которые зависят
также от конструкции станка, режимов обработки и условий эксплуа¬
тации, но основные возможности получения требуемых параметров
уже заложены в выбранном варианте технологического процесса.3.	Степень концентрации операций в станкеПри выборе метода обработки и определения усилий и рабочих
движений в станке необходимо также решить вопрос о степени кон¬
центрации операций в одной машине, вопрос, который во многом
будет определять конфигурацию станка, его производительность
и универсальность.Концентрация операцийэто возможность одновременной об¬
работки на станке различных поверхностей многими инструмен¬
тами. Концентрация операций получает свое развитие по двум ос¬
новным направлениям (рис. 4). В первую очередь создание много-ОднппозиииочньшстанокОдноинарЛ
рентный |Многой не три -
ментныиШогипозииионныО
станокРис 4 Методы концентрации операций в станкахинструментальных станков, когда деталь одновременно или пос¬
ледовательно обрабатывается несколькими инструментами.Так вместо токарной обработки деталей одним резцом, более
производительна многорезцовая обработка, когда одновременно
обтачиваются отдельные участки вала. На базе такого метода об¬
работки построены многорезцовые станки. Вместо поочередной об¬
работки деталей на токарном, сверлильном и других станках мож¬
но применить один револьверный станок, в котором будут сконцент¬
рированы все эти операции, выполняемые на станке последовательно.Дальнейшее развитие принципа концентрации операций при¬
водит к применению многопозиционной обработки. В этом случае
на одном станке одновременно обрабатывается несколько деталейи,	следовательно, степень концентрации становится еще выше.Многопозиционная обработка для сложных деталей, требую¬
щих применения различных инструментов, приводит к созданию
станков последовательного действия. В загрузочной позиции про¬
изводится съем обработанного изделия и установка заготовки, ко¬
торая затем последовательно проходит через все позиции и обраба¬
тывается там согласно требуемым операциям технологического
процесса. Обычно такие станки имеют поворотные столы или шпин¬
дельные блоки (чаще всего 4, 6 или 8 позиций), которые периоди¬
чески поворачиваются для перемещения заготовки из одной пози¬
ции в другую.В случае простой обработки, когда не требуется последователь¬
ного применения различного инструмента, также может быть при¬
менен метод многопозиционной обработки, который приводит к
созданию станков параллельного действия. В этом случае в каждой
позиции осуществляется одинаковый технологический процесс, при
котором заготовки обрабатываются одновременно или со сдвигом
фаз по времени (ротационные станки).Возможна также параллельно-последовательная обработка, ко¬
торая одновременно включает оба указанных метода. Рассмот¬
рим применение указанных принципов концентрации операций на
примере сверлильных станков (рис. 5).Обычный сверлильный станок является типичным представи¬
телем одноинструментного станка, в котором нет концентрации
операций (рис. 5, а). Для сокращения времени обработки при свер¬
лении ряда отверстий в одной детали может быть применен метод
многомнструментной обработки (рис. 5, б) путем создания, напри¬
мер, миогошпиндельных сверлильных станков.I 1оследовательная обработка отверстий (сверление, растачи¬
вание, развертывание, нарезание резьбы) может производиться
на мпогонозиционных станках. Вариант 4-позиционного станка
показам на рис. 5, в; 1-я позиция загрузочная, а в остальных —
заготовка последовательно обрабатывается осевым инструментом.
Стол после обработки заготовок во всех позициях повертывает¬
ся ма 1/1 оборота, переводя каждую заготовку в следующую
позицию.Время обработки определяется длительностью наиболее про¬
должительном операции. В каждой позиции может быть применен
одни пли несколько инструментов.12
Многопозиционная обработка простых изделий приводит к соз¬
данию станков параллельного действия.Однако простое объединение ряда позиций в одном ставке не
создает условий для высокопроизводительной обработки одинако¬
вых деталей. Рабочий должен в этом случае непрерывно переходить
от одной позиции к другой, снимая детали, устанавливая заготов¬
ки и включая станок на механическую обработку в данной позиции.Рис. 5. Концентрация операций на примере сверлильных станковБолее удобны ротационные станки, в которых все позиции уста¬
новлены на непрерывно вращающейся карусели (рис. 5, г). В этом
случае мимо рабочего проходят позиции, в которых цикл обработ¬
ки уже закончен и функция рабочего заключается в снятии изделия
и установке заготовки. В станках-автоматах эту функцию выпол¬
няет механизм загрузки. Время оборота стола соответствует вре¬
мени полной обработки одного изделия.Ротационные станки удобны также тем, что благодаря враще¬
нию карусели компоновка их приводной части, как правило, уп¬
рощается.
Параллельно-последовательная обработка, при которой кон¬
центрация операций в одной машине достигает наибольшей степе¬
ни, может совершаться либо на специальных станках, либо на
станках последовательного действия со специальной наладкой.Принцип работы такого станка показан на рис. 5, д. В каждой
позиции устанавливаются и одновременно обрабатываются несколь¬
ко заготовок, которые затем последовательно обрабатываются в
других позициях.Таким образом, применение принципа концентрации операции
приводит к созданию многоинструментных и многопозиционных
станков с высокой производительностью, занимающих малые пло¬
щади.Принцип концентрации операций является прогрессивным, и
станки, построенные по этому принципу, более совершенны. Од¬
нако всегда следует учитывать и отрицательную сторону концент¬
рации операций, а именно — с ростом концентрации, как правило,
уменьшается универсальность станка.Основная задача при проектировании станка — увеличение кон¬
центрации операций с сохранением возможно большей универсаль¬
ности станка. Анализируя пути развития металлорежущих стан¬
ков, можно отметить, что принцип концентрации операций все ши¬
ре используется для проектирования современных технологичес¬
ких процессов, особенно в поточном производстве. Так, где раньше
применяли операционные станки с максимальной дифференциаци¬
ей процесса обработки на отдельные операции, сейчас стремятся
сконцентрировать большее количество операций в одном станке с
тем, чтобы сократить производственные площади и количество при¬
меняемых станков.§ 2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
СТАНКОВ1.	Система обозначений моделей станков,
принятая в СССРДля обозначения типов и моделей станков в СССР принята раз¬
работанная ЭНИМС система, по которой все станки разбиваются на
9 групп и 9 типов (табл. 3). Первые две цифры модели любого стан¬
ка и обозначают его группу и тип. Далее указываются одна или две
цифры, характеризующие один из основных параметров станка —
высоту центров для токарных станков, диаметр стола для плоско-
шлифовальных, карусельных и других станков, диаметр сверления
и т. п. Например, модель 1620 относится к токарному станку с вы¬
сотой центров 200 мм. Часто между цифрами или в конце вставляют¬
ся буквы, указывающие модификацию данной модели станка. На¬
пример, 1КГ>20 — следующая модификация данной модели — ста¬
нок высокого класса точности с бесступенчатым регулированием.14
2.	Размеры и вес станковДля каждого типа станков, выпускаемых в СССР, ГОСТ преду¬
сматривает ряд основных параметров, характеризующих размеры
обрабатываемых деталей, геометрические размеры станка, предель¬
ные кинематические характеристики, мощность привода, вес станка.Например, для продольнофрезерных станков общего назначе¬
ния ГОСТ 6955—54 предусматривает 9 типоразмеров станков, для
каждого из которых указаны размеры обрабатываемого изделия,
размеры стола, размер конца шпинделя, нижний предел для наи¬
большего числа оборотов шпинделя, регламентируемое значение на¬
иболее тонкой подачи и вес станка.В зависимости от веса станки разделяются на легкие весом до
1,0 т, средние — до 10 т и тяжелые — свыше 10 т.Тяжелые станки, в свою очередь, разделяются на 3 подгруппы:
крупные станки весом от 10 до 30 т;
тяжелые станки весом от 30 до 100 т\особо тяжелые — уникальные станки весом свыше 100 т.3.	Универсальность станковСовременные металлорежущие станки, как правило, не пред¬
назначаются для обработки какого-либо одного изделия. На них
можно обрабатывать различные детали и изменять технологичес¬
кий процесс изготовления данной детали. Кроме того, станкостро¬
ительные заводы в большинстве случаев выпускают станки для обез¬
личенного потребления, т. е. без заданного твердого технологичес¬
кого процесса обработки.Для характеристики деталей, которые могут обрабатываться
на станке, дается таблица с изображением типичных деталей или
приводятся их основные параметры. Например, для зуборезных
станков указываются пределы диаметров и модулей обрабатывае¬
мых шестерен, для токарных станков — максимальные диаметры
и длина деталей и т. д.По степени универсальности станки можно разделить на сле¬
дующие группы:а)	универсальные станки предназначены для выполнения раз¬
личных операций на изделиях многих наименований (токарно-вин¬
торезные, револьверные, карусельные и т. д.);б)	станки широкого назначения предназначены для выполне¬
ния определенных операций на изделиях многих наименований (то¬
карно-отрезные, токарные, многорезцовые и т. д.);в)	специализированные станки предназначены для обработ¬
ки изделий одного наименования и разных размеров (коленчатых
валов, труб и муфт, подшипников, валков, слитков и болванок, ин¬
струментов, шурупов, лемехов, отвалов и др.);) ,
ОбозначениеСтанки^\Типгруппа^ч^123ТокарныеА в т с
1маты и пол)Одношпиндель¬ные'автоматыМногошпин-дельныеРевольверныеСверлильные и
расточные2Вертикально¬сверлильныеОдношпиндель¬
ные полуав¬
томатыМногошпиндель-
ные полуав¬
томатыШлифовальные,
полироваль¬
ные, доводоч¬
ные3Круглошлифо¬вальныеВнутришлифо-вальныеОбдирочно-шли¬фовальныеКомбинирован¬ные4УниверсальныеПолуавтоматыАвтоматыЗубообрабаты¬вающие5Зубострогаль¬
ные для ци¬
линдрических
колесЗуборезные для
конических
колесЗуборезные для
цилиндриче¬
ских колес и
шлицевых
валиковФрезерные6Вертикально-фрезерные,консольныеФрезерные не¬
прерывного
действияСтрогальные,
долбежные и
протяжные7Про,Одностоечныедольные
Двух стоечныеПоперечностро¬гальныеРазрезные8Работают токар¬
ным резцомОтрезныеРаботают абра¬
зивным кру¬
гомФрикционнымдискомРазные9Муфто-и трубо-
об рабат ыва-
ющиеПилонасекатель-ныеПравильно- и
бесцентрово¬
обдирочные16
станковТаблица 34567Ч8Сверлильно-отрезныеКарусельныеТокарные и
лобовыеМногорезцо¬выеСпециализи¬рованныеКоординатно-расточныеРади^льно-свер-лильныеРасточныеАлмазно¬расточныеГоризонталь¬носвер¬лильныеСпециализи¬рованныешлифо¬вальныеЗаточныеПлоскошли¬фовальныеПритироч¬
ные и по¬
лироваль¬
ныеДля нареза¬
ния чер¬
вячных пе¬
редачДля обработ¬
ки торцов
зубьев ко¬
лесРезьбофре¬зерныеЗубоотде¬лочныеЗубо-и резь¬
бошлифо¬
вальныеКопироваль¬
ные и гра¬
вироваль¬
ныеВертикаль- *
ные бес-
консоль-
ныеПродольныеШирокоуни¬версаль¬ныеГоризонталь¬
ные кон¬
сольныеДолбежныеПротяжныегоризон¬тальныеПротяжныевертикаль¬ныеПравильно¬отрезныеЛенточныеП и jс дисковой
пилой1 ыНожовочныеБалансиро¬вочныеДля испы¬
тания ин¬
струмен¬
товДелительныемашины17Разные станки данной группы
г)специальные станки предназначены для обработки определен¬
ного (одного) йзделия.Необходимо отметить, что универсальность станков связана
со степенью концентрации операций.Применение многоинструментности и многопозиционности за¬
ранее дает определенную характеристику тем технологическим про¬
цессам, которые можно или целесообразно осуществлять на дан¬
ном станке. Так, например, на обычном токарном станке можно об¬
рабатывать самые разнообразные детали как простой, так и слож¬
ной конфигурации, с различным соотношением длины и диаметра,
с применением разнообразного инструмента (проходных, чистовых,
резьбовых, расточных резцов).Все эти операции совершаются последовательно и каждый сле¬
дующий переход является по существу переналадкой станка на но¬
вый цикл работы.Применение принципа многорезцовой обработки позволяет од¬
новременно обтачивать различные поверхности изделия, что зна¬
чительно сокращает время обработки, но вместе с тем сокращает
универсальность станка. Так, на многорезцовых станках не произ¬
водятся, как правило, резьбовые и расточные операции. Эти станки
не целесообразно применять для деталей простой конфигурации,
когда не используются возможности многорезцовой обработки, и
нельзя применять для деталей, конфигурация которых требует чис¬
ла и характера переходов, не соответствующих возможностям стан¬
ка.Еще большие ограничения на технологические процессы накла¬
дывает многопозиционная обработка. Например, применение
6-шпиндельного токарного станка (автомата или полуавтомата)
последовательного действия заранее говорит о том, что технологи¬
ческий процесс токарной обработки детали возможно и целесообраз¬
но разбить на шесть операций с примерно одинаковым временем
обработки. Поэтому принцип концентрации приводит к большей
или меньшей специализации станка, вследствие чегомногоинстру-
ментные и многопозиционные станки особенно широко используются
в крупносерийном и массовом производствах.4.	Классы точности станковПо классам точности работы станки подразделяются на станки
нормальной точности и станки прецизионные (высокоточные).ЭПИМС рекомендует применять пять классов точности станков.Класс Н — станки нормальной точности — наиболее распро¬
страненный класс станков, обеспечивающий обработку деталей
примерно второго класса точности. Допустимые отклонения гео¬
метрических и кинематических параметров станка данного типа
регламентируются соответствующим ГОСТом.Класс П — станки повышенной точности, изготовленные пре¬18
имущественно на базе станков нормальной точности при особо вы¬
соких требованиях к качеству производства и подбору базовых де¬
талей станка. В токарных и многих других станках повышенной
точности эта задача решается более качественным изготовлением
шпинделя, его опор и направляющих.Класс В — станки высокой точности. Высокая точность обра¬
ботки на этих станках обеспечивается благодаря специальной кон¬
струкции отдельных элементов, высокого качества их изготовления
и использования станков в специальных условиях эксплуатации.Класс А—станки особо высокой точности того же типа, что
и предыдущий класс, но изготовленные с более жесткими требова-
ниями к основным узлам и деталям.Класс С — станки особо точные—специальные мастер-станки,
служащие для изготовления деталей, определяющих точность пре¬
цизионных станков. На этих станках изготовляются такие детали,
как делительные и эталонные колеса, измерительные винты и др.
Например, токарно-винторезный прецизионный станок модели
1622 относится к этому классу.Соотношение между величинами допусков при переходе от клас¬
са к классу для большинства показателей принято ф = 1,6. Это оз¬
начает, что если обозначить допустимое отклонение данного показа¬
теля (биение шпинделя, параллельность оси шпинделя направляю¬
щим и т. п.) через Д с соответствующим индексом, тоДн ДГр Дв: ДА• Лс =Для современного парка металлорежущих станков характерно
наличие таких высокоточных станков, как прецизионные ^винто¬
резные, координатнорасточные, резьбошлифовальные и другие, ко¬
торые по своим характеристикам приближаются к точным приборам.Большой прогресс в получении точных заготовок литьем, по¬
ковкой, штамповкой приводит к тому, что применение металлоре¬
жущих станков все больше сдвигается в сторону отделочных и чис¬
товых операций.5.	Кинематические и силовые характеристики станкаОсновными кинематическими характеристиками станка являют¬
ся скорость резания и подача, устанавливаемые на станке.В станках все движения в зависимости от той работы, которую
они выполняют при снятии стружки, разбивают на главное
движение — вращение шпинделя в токарных, сверлильных,
шлифовальных и др. станках, возвратно-поступательное движе¬
ние ползуна или стола в строгальных, протяжных, долбежных и др.
станках и т. д. идвижение подачи — подача суппортов
токарных и фрезерных станков, перемещение стола и вращение де¬
тали в круглошлифовальных станках.Главное движение обеспечивает требуемую скорость резания10
v (.м/мин), а движение подачи S связано обычно с качеством полу¬
чаемой поверхности.Кроме рабочих движений, в станке имеются холостые (вспомо¬
гательные) движения, не связанные с процессом резания, но необ¬
ходимые для полного осуществления цикла.Скорость резания v измеряется в м/мин (для шлифовальных
станков в м/сек) и обеспечивается приводом главного движения
станка.Числа оборотов в минуту шпинделя станка п об/мин или числа
двойных ходов в минуту стола характеризуют кинематические воз¬
можности станка для обеспечения требуемой скорости резания (см.
главу 4).Величина подачи S измеряется в мм на оборот шпинделя (то¬
карные, сверлильные станки); в мм/мин — минутная подача (фре¬
зерные, шлифовальные станки); в мм на один двойной ход (строгаль¬
ные, долбежные станки). Подача обеспечивается приводом подач
станка (см. гл. 5).Силовые параметры процесса резания — усилия резания и мощ¬
ность резания должны быть обеспечены механизмами станка.Мощность электродвигателей характеризует возможность стан¬
ка обеспечить требуемые нагрузки.Основные кинематические и силовые характеристики станка
указываются в его паспорте, который является документом, по¬
зволяющим правильно выбрать станок для данного технологичес¬
кого процесса, наладить его и эффективно использовать в процес¬
се эксплуатации.6.	Степень автоматизации станковВ зависимости от степени автоматизации различают:Станки с ручным управлением, в которых пе¬
реключение скоростей, пуск и остановка станка, подвод и отвод суп¬
портов, загрузку станка и другие вспомогательные операции произ¬
водит рабочий. Несмотря на совершенство механизмов станка, пред¬
назначенных для процесса резания, необходимость постоянного
участия рабочего для выполнения цикла обработки снижает про¬
изводительность труда, требует от рабочего постоянного напряже¬
ния и затраты сил.Полуавтоматы — это станки, работающие по автомати¬
ческому циклу, для повторения которого требуется вмешательство
рабочего.Обычно функции рабочего заключаются в снятии изделия, ус¬
тановке заготовки и пуске станка. Все остальные движения цик¬
ла осуществляются механизмами станка.Автомат ы осуществляют все рабочие и вспомогательные
(холостые) движения цикла и нуждаются лишь в контроле со сторо¬
ны рабочего. Объединение автоматов системой транспортировки20
заготовок от станка к станку согласно технологическому процес¬
су обработки приводит к созданию автоматических линий.В станках применяются также механизация и автоматизация
отдельных холостых движений, с целью уменьшения непроизводи¬
тельного времени или облегчения труда рабочего. Например, быст¬
рый подвод суппортов в токарных станках (модельч1К62), перек¬
лючение скоростей шпинделя от поворота револьверной головки в
револьверных станках (модель 1Б318, 1П326), автоматизированное
переключение с чернового режима на чистовой в шлифовальных
станках, подъемные устройства для загрузки тяжелых заготовок
и т. д.7.	Коэффициент полезного действия станковК. п. д. станка является важной технической характеристикой,
так как определяет ту долю энергии, которая затрачивается на по¬
лезную работу, т. е. непосредственно на процесс резания.Для обработки детали необходима мощность Nn (эффективная
мощность резания), которая равна:N„ = -\	^	[кет],	(1)102.60 102.G0-1000 1где Рг — (кГ) — тангенциальная составляющая усилия резания;
Рх — (кГ) — осевая составляющая резания (по подаче);
v — (м/мин) скорость резания;5 — (мм/мин) подача.Полная мощность, которая расходуется на процесс обработки,
т. е. на рабочие хода, Np будет больше, так как в приводе преодоле¬
ваются различные вредные сопротивления, в первую очередь, трение.NT — мощность, идущая на преодоление трения.ТогдаNp = Nn + NT.	(2)К. п. д. привода станка т,пр указывает, какая доля всей мощности
расходуется на процесс резания:„ 		/оч^пр А'п + NT ЛГр *Для приводов станков с вращающим движением к. п. д. обычно
находится в пределах т)пр = 0,75 0,85.Как известно из механики, при последовательной передаче мощ¬
ности через ряд кинематических пар общий к. п. д. передачи мо¬
жет быть получен как произведение к. п. д. отдельных пар:•*1 = тп-т12 ... Т)„.	(4)Поэтому, имея схему привода станка и зная значения к. п. д.
для зубчатых передач, подшипников, червячных пар, ременных21
передач и других пар, можно подсчитать ориентировочное значе¬
ние к. п. д. привода.Такой метод подсчета к. п. д. даст удовлетворительные резуль¬
таты лишь при определенных условиях.Во-первых, к. п. д. привода зависит от величины полезной нагруз¬
ки (рис. 6). Если Nn = 0, то и т] = 0, так как никакой полезной ра¬
боты не совершается. С ростом Л/п значение к. п. д. приближается
к своему стабильному значению. Поэтому подсчет к. п. д. привода
как произведения к. п. д. отдельных передач должен производить¬
ся для случая передачи полной мощности, а к. п. д. отдельных пардолжен быть получен для того же диа¬
пазона мощностей.Во-вторых, на значение к. п. д. су¬
щественное влияние оказывают скорос¬
ти (числа оборотов) передач.Если в известных пределах повы¬
шение скорости увеличивает передава¬
емую полезную мощность и к. п. д.
привода растет (см. рис. 6), то при
значительном повышении скоростей уве¬
личиваются потери на трение. Во мно¬
гих случаях высокие скорости могут
привести к повышенным ударам в пе¬
редачах (зубчатых, цепных), к выдав¬
ливанию смазки, к вибрациям и повышенным деформациям пере¬
дач и т. д.Поэтому к. п. д. пар и привода изменяется, и он может быть оп¬
ределен либо экспериментально, либо на основании эмпирических
формул, например разработанных ЭНИМСом [47].Мощность, затрачиваемая на подачу столов и суппортов, обыч¬
но невелика, и в случае передачи движения от общего электродви¬
гателя затраты мощности в цепи привода могут быть оценены в
универсальных станках в 2—3%. Поэтому к. п. д. цепи подач не
имеет такого значения, как к. п. д. главного привода.Полученный к. п. д. привода нередко отождествляют с к. п. д.
всего станка. Проф. Шаумян Г. А. показал [91], что в общем слу¬
чае это не всегда верно. Под к. п. д. любой машины следует понимать
отношение полезно затраченной и всей работы, а не отношение мощ¬
ностей. При работе станков — автоматов и полуавтоматов — имеют¬
ся такие периоды времени tx, когда мощность затрачивается только
на холостые ходы.Если обозначить через tv и tx соответственно длительность ра¬
бочих и холостых ходов, а работу А выразить через среднюю мощ¬
ность Л/, то получим:А и = Л/П.^р— полезная работа, идущая на процесс резания;
Ат -= Nt.tv— работа, идущая на преодоление трения в пе¬
риод рабочих ходов;Рис. 6. Значение к. п. д.
привода станка в зависимо¬
сти от величины полезной
нагрузки22
Ах = Nx tx— работа, идущая на осуществление холостых ходов
(преодоление сил трения и инерции).К. п. д. станка будет:'1ст :.Nn + NT1 +или, учитывая формулу (3),N*Nn NT t р	^Пр	Nx t<1 + —- • —
Np tp(5)Из ЭТОЙ формулы ВИДНО, ЧТО 7JCT = 7)пр лщиь при tx = О
или iVx = 0.Если затрачивается мощность и на холостые ходы, то к. п. д.
станка ниже к. п. д. привода. Повышение к. п. д. станка должно
производиться двумя основными методами.Во-первых, повышением к. п. д. привода за счет сокращения ки¬
нематических цепей, повышения качества изготовления отдельных
пар, улучшения смазки и пр.Во-вторых, сокращением длительности холостых ходов и мощ¬
ностей за счет рациональной конструкции узлов и уменьшения их
веса, применением законов перемещения без больших инерцион¬
ных усилий, заменой трения скольжения трением качения и др.Значение к. п. д. привода и станка необходимо для выбора мощ¬
ности приводных электродвигателей и оценки качества приводных
механизмов.Г л а в а 2
КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ СТАНКОВ§ 1. КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ СТАНКА—
ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ ЕГО ОЦЕНКИ1.	Точность станковОсновными требованиями, предъявляемыми к любому станку,
являются обеспечение требуемой точности обработки и чистоты по¬
верхности при высокой производительности процесса.Точность обработки включает в себя точность фор¬
мы и размеров отдельных участков детали и точность взаимного рас¬
положения этих участков.
Точность обработки характеризуется величинами допущенных
при обработке погрешностей, т. е. отступлением обработанной дета¬
ли от заданной. Погрешности обработки должны находиться в
пределах допусков.Погрешность обработки может являться следствием геометри¬
ческой неточности станка, недостаточной его жесткости и износо¬
стойкости, неточности и износа режущего инструмента, темпера¬
турной деформации системы и т. п. Другие погрешности работы
станка связаны с его настройкой (установка инструмента на снятие
данного припуска, регулирование упоров, установка заготовки
и т. д.), которая зависит от квалификации работающего.Качество поверхности определяется чистотой по¬
верхности, т. е. степенью ее гладкости и физико-механическими
свойствами поверхностного слоя металла.Чистота поверхности непосредственно зависит от метода обработ¬
ки и режимов резания.На шероховатость обрабатываемой поверхности большое вли¬
яние оказывает величина подачи, которая, как правило, ограни¬
чивается требуемой чистотой поверхности. Применяя прогрессив¬
ную геометрию режущего инструмента, можно значительно уве¬
личить подачу при сохранении высокой чистоты поверхности. Борь¬
ба с вибрациями (повышение жесткости станков, применение виб¬
рогасителей и т. д.) также является эффективным методом повыше¬
ния качества обрабатываемой поверхности.При проектировании и изготовлении станков необходимо учи¬
тывать все факторы, влияющие на точность работы станка.а)	Геометрическая точность станковВследствие неточного расположения<отдельных узлов и деталей
станка и неточности основных направляющих элементов происхо¬
дит нарушение тех геометрических траекторий, по которым пере¬
мещаются основные рабочие органы станка.Так, из-за погрешностей подшипников шпинделя или оваль¬
ности его шеек происходит радиальное биение шпинделя, которое
искажает форму обрабатываемой детали в поперечном направлении.
Иенрямолинейность направляющих скольжения приводит к иска¬
жению траектории перемещения суппортов и столов станка, что
также искажает форму обработанной поверхности.Взаимное расположение оси шпинделя и поверхности стола
двух шпинделей (например, с инструментом и заготовкой) их не-
параллс/п.ность или неперпендикулярность вызывают соответствую¬
щие погрешности в обработке детали.Па нормы точности металлорежущих станков имеется ГОСТ,
в котором указаны допустимые отклонения (погрешности) в рабо¬
те различных типов станков и методы проверки всех основных эле¬
ментов станка (см. гл. 14, § 1)24
Эти проверки характеризуют лишь геометрическую точность
станка, без учета действующих усилий резания.С течением времени при работе станка его начальная геометри¬
ческая точность, как правило, понижается за счет износа отдель¬
ных сопряжений.б)	Кинематическая точность станковПри работе станков могут появляться погрешности при обработ¬
ке детали, вызванные отклонениями скоростей относительного
перемещения заготовки и инструмента. Так, например, если на
токарно-винторезном станке нарезается резьба и суппорт переме¬
щается по строго прямолинейной траектории, а шпиндель не имеет
биения, то основные неточности на изделии возникнут, если будет
нарушаться передаточное отношение между числом оборотов и
перемещением суппорта. Точность кинематической цепи, которая
в первую очередь зависит от качества зубчатых передач и ходового
винта, определит точность обработки.Кинематические ошибки в зуборезных, винторезных, зубо- и
резьбошлифовальных станках играют значительную роль в точно¬
сти обработки.В зуборезных станках на кинематическую точность решающее
влияние обычно оказывают точность изготовления и монтажа чер¬
вячного колеса и червяка делительного механизма и других пар
цепи деления. В результате этих ошибок возникает накопленная
погрешность окружного шага, погрешность профиля зуба и другие
погрешности, определяющие качество обработки.в)	Точность измерительных и отсчетных устройствБольшое влияние на точность обработки (координатнорасточ¬
ные станки) оказывает точность измерительных и отсчетных устрой¬
ств, предназначенных для перемещения стола или суппорта с из¬
делием или инструментальной головки.г)	Жесткость и виброустойчивость станковПод влиянием усилий, возникающих при обработке, узлы стан¬
ка деформируются и изменяют свое относительное положение. Эта
деформация может быть вызвана как силами резания, так и весом
детали и узлов станка.Поэтому жесткость станков является одной из основных ха¬
рактеристик, определяющих его точность. Чем выше режимы об¬
работки на станке и чем больше степень концентрации операций,
тем выше должна быть жесткость всего станка. В результате отжа-
тий узлов станка под нагрузкой происходит искажение относитель¬
ной траектории движения инструмента и заготовки, которое обыч¬
но больше полученного за счет геометрической неточности станка.
При высоких скоростях обработки недостаточная жесткость вызы¬
вает вибрации станка, которые также снижают точность обработ¬
ки и особенно чистоту поверхности. На обрабатываемой детали появ¬
ляются волны, бороздки и рябь. Эта погрешность является следст¬
вием вибраций системы станок — инструмент — деталь. Подробно
вопросы жесткости и виброустойчивости станков рассмотрены в
§ 3 настоящей главы.д)	Температурные деформации станкаНеточность обработки может возникнуть в результате темпера¬
турных деформаций узлов и деталей станка, возникающих либо
из-за неравномерного нагрева отдельных узлов станка при работе
приводных механизмов и от тепловыделения при резании, либо из-за
колебаний температуры в цехе. Температурные деформации иска¬
жают начальную геометрическую точность станка.Влияние перечисленных факторов на суммарную точность стан¬
ка различно для разных типов станков и зависит от метода обработ¬
ки, требуемой точности, компоновки станка и других причин. На¬
пример, в станках с применением высоких режимов обработки глав¬
ное значение имеет жесткость и виброустойчивость. В прецизион¬
ных станках с малыми усилиями резания еще большее значение,
чем в обычных случаях, имеет геометрическая точность и тепловые
деформации.В станках со сложным относительным перемещением инструмен¬
та и заготовки при обработке криволинейных поверхностей (зубэ-
обрабатывающие, винторезные и др. станки) большее значение имеет
кинематическая точность делительных цепей.Поэтому методы повышения точности станков должны учиты¬
вать в первую очередь те факторы, которые оказывают наибольшее
влияние на искажение получаемых размеров и формы обрабаты¬
ваемой детали.Точность всего станка оценивается точностью и чистотой поверх¬
ностей обрабатываемых на станке деталей.Дальнейшее повышение точности станков — одна из основных
задач современного станкостроения, а точность станка, как пока¬
затель его качества, является важнейшим критерием его оценки.2.	Производительность станковПроизводительность станков также является основным кри¬
терием его оценки.При проектировании новых станков и при эксплуатации суще¬
ствующего оборудования необходимо стремиться к высокой произ¬
водительности при заданном качестве продукции.При оценке работы станка в производственных условиях и при26
разработке технологических процессов производительность станка
удобнее подсчитывать в штуках в единицу времени (минуту, час,
смену).Для сравнения станков и оценки их возможностей в ряде слу¬
чаев определяют производительность площадью поверхности, об¬
работанной в единицу времени.Подсчитывая таким образом производительность для фрезер¬
ных, строгальных, шлифовальных и других станков, можно абстра¬
гироваться от формы, размеров и конфигурации изделий. Недостат¬
ком этого метода является неопределенность в оценке времени,
затрачиваемого на вспомогательные операции, так как это время
зависит, как правило, от конкретного технологического процесса.Поэтому чаще под производительностью станка понимается
количество годной продукции, изготовляемой в единицу времени
(штук в минуту, в час, в смену, в год).Методы расчета штучной производительности станков разрабо¬
таны проф. Г. А. Шаумяном [91], которым предложены нижепри¬
веденные формулы и определения.При работе любого станка длительность его рабочего цикла Т
складывается из рабочих ходов /р, связанных с процессом обработ¬
ки, и холостых (вспомогательных) ходов txt необходимых для пол¬
ного осуществления цикла (установка и снятие изделия, подвод и
отвод инструмента, управление станком, измерение детали и т. д.).Производительность станка Q равна:Q = Т = ТТТ = к7~Г\ \шт!мин1	(!)*	Р 1 X Я **Х 4" 1V	1где л =	так называемая технологическая производительность,подсчитанная для станка, у которого отсутствуют потери времени
на холостые ходы рабочего цикла (tx = 0), т. е. когда рабочий про¬
цесс осуществляется непрерывно.Величина К зависит только от характера технологического про¬
цесса — метода обработки, числа одновременно работающих ин¬
струментов, режимов обработки.Производительность станка повышается с увеличением техно¬
логической производительности.Однако лишь для станков, у которых холостые ходы отсутствуют
(например, бесцентровошлифовальный станок), повышение техно¬
логической производительности К вызовет пропорциональное уве¬
личение производительности Q (кривая 1 на рис. 7).С учетом времени на холостые ходы кривые производительности
имеют гиперболический характер (кривая 2 на рис. 7).Для увеличения производительности необходимо сокращать
время на холостые (вспомогательные) ходы.Производительность, подсчитанная по формуле (2), называет¬17
ся ц и к л о в о и, так как учитывает только холостые ходы цикла
(цикловые потери времени).Если определить производительность станка за длительный пе¬
риод времени, то эта производительность окажется ниже, так как
при работе станка имеют место и так называемые внецикловые по¬
тери времени (смена инструмента, ремонт и регулировка станка,
его наладка и т. д.).Холостые ходы /Х1 и внецикловые потери времени различных
видов tX2, /Хз,..., tXfl снижают технологическую производитель¬
ность станка К до фактической (см. рис. 7)./'11 иикподые/ 11Г потери
1ГВнецикло2~/ 11дыепотери3•+?11>Qcr.		- .JРис. 7. Зависимость производительности стан¬
ка от интенсификации технологического про¬
цесса и потерь времениПроизводительность станка с учетом всех видов потерь может
быть выражена формулой:а*-‘-тл—•	(2)кй,ч+1При увеличении технологической производительности станка
за счет его работы на более высоких режимах резания многие вне¬
цикловые потери не остаются постоянными, а возрастают. Так, при
повышении скоростей резания уменьшается стойкость инструмен¬
та, повышается износ отдельных механизмов станка и, следователь¬
но, увеличиваются соответствующие потери.Поэтому кривая производительности с учетом всех потерь мо¬
жет иметь максимум (см. рис. 7). Следовательно, для данных усло¬
вий повышение режимов обработки выше определенного значения
не дает повышения производительности. Только создавая более
совершенный инструмент и станок и принимая меры к сокращению
потерь, станет целесообразным повышать режимы обработки.В современных высокопроизводительных станках стремятся при¬28
менять более совершенные технологические процессы, повышать ре¬
жимы обработки и сокращать холостые ходы за счет автоматизации.3.	Влияние режимов работы станка
на его производительность и качество продукцииПрименение высоких режимов обработки является основным
методом повышения производительности станков. Возрастание ско¬
ростных и силовых параметров характерно для развития современ¬
ных станков.Выбор режимов обработки определяет кинематические (скорос¬
ти и подачи) и силовые (мощность, жесткость, виброустойчивость),
параметры станка, его долговечность и качество выпускаемой про¬
дукции.Предельно допустимые значения режимов во многих случаях
определяются качеством обработки данного изделия.В зависимости от характера технологического процесса повы¬
шение режимов резания по разному влияет на качество обрабаты¬
ваемого изделия.Повышение режимов может оказать влияние на геометрическую
форму обрабатываемого изделия в результате возрастания усилий
и недостаточной жесткости основных узлов машины, что приведет
к изменению взаимного положения инструмента и обрабатываемой
детали. Недостаточной может оказаться и жесткость самого изде¬
лия.Основным методом повышения качества продукции при высо¬
ких режимах обработки будет являться в этом случае увеличение
жесткости узлов станка и применение методов обработки с мень¬
шими отжатиями изделия (например, обточка валов в люнетах идр.).Повышение режимов резания может лимитироваться также мик¬
рогеометрией поверхности.Так, например, если при обточке увеличить подачу без изме¬
нения геометрии резца, то чистота поверхности может не удовлет¬
ворять техническим условиям на данное изделие.На качество поверхности сказываются также вибрации инстру¬
мента, изделия и станка, возникающие при высоких скоростях об¬
работки.Весьма часто повышение режимов обработки связано с интенси¬
фикацией тепловыделения, что также может сказаться на качестве
обрабатываемой поверхности. Например, при шлифозании наблю¬
даются «ожоги» изделия.Таким образом, увеличение скоростей, подач, усилий и других
параметров, определяющих режим обработки, должно проводиться
с обязательным учетом получения изделий высокого качества.Режим работы станка при осуществлении данного технологи¬
ческого процесса непосредственно связан и с его производитель¬
ностью. В первую очередь повышение режимов работы сказывает¬
ся на сокращении рабочего времени /р, которое в свою очередь оп¬
ределяет технологическую производительность данного метода об¬
работки.На зависимость tv от режима влияют выбранный метод обработ¬
ки и степень концентрации операций, вид инструмента, закон его
перемещения в период обработки и другие характеристики техно¬
логического процесса.В большинстве случаев повышение скорости резания и подачи
пропорционально сокращает время обработки, т. е. увеличивает
технологическую производительность /С.Однако повышение режимов, если это даже допустимо с точки
зрения качества продукции, может привести к такому возрастанию
внецикловых потерь, связанных с инструментом и станком, что
несмотря на увеличение технологической производительности это
снизит фактическую производительность станка. Высокие скорости
могут привести к более частому выходу из строя подшипников ка¬
чения, фрикционных и кулачковых муфт, направляющих и дру¬
гих деталей станка. Кроме того, увеличатся затраты на инструмент
и ремонт станка.Пути достижения высокой фактической производительности
за счет правильного установления режимов обработки укажет ана¬
лиз внецикловых потерь по инструменту и станку в функции ре¬
жимов обработки [91].Таким образом, установление режимов обработки должно про¬
изводиться, исходя из двух основных показателей станка — его
производительности и качества обрабатываемых деталей.Для обеспечения высокой производительности, точности обра¬
ботки и чистоты поверхности необходимо иметь прочный, жесткий,
виброустойчивый станок.§ 2. ПРОЧНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ СТАНКОВ1.	Основные виды повреждений деталей станковСтанок и его детали должны в течение длительного периода вре¬
мени выдерживать рабочие нагрузки при минимальном ремонте.При работе станков в производственных условиях необходимость
в ремонте детали станка может возникнуть в результате ее недоста¬
точной прочности, износа, деформации, коррозии и других причин.. Однако не все виды повреждений допустимы при работе станка.
Некоторые из них являются следствием неправильного расчета и
подбора материала или недопустимых методов эксплуатации и мо¬
гут быть устранены.К недопустимым повреждениям относятся
поломки деталей из-за недостаточной статической, динамическойзо
или усталостной прочности, тепловые трещины, возникшие в резуль¬
тате нагрева детали, задиры поверхностей и их схватывание (мо¬
лекулярно-механический износ), выкрашивание частиц с поверх¬
ности трения, коррозия.Взаимодействие поверхностейНачальное
касание
1 телОтноситель¬
ное переме¬
щениеТипобойслучайНаиболеехарактерныйвидразрушенияповерхностейtjу Нет(соприкосно¬вение)Смятие1\drnm*В-СаСколь¬жение1 1[7*Износ3)у Нет
(сопри кос но-
бение)СмятиеСколь¬жениеV шV7ИзносУ////////У/7/У77777ЛСЭ£я илиУ^Обкатка(качениебез(л) ^	^Усталость
(смятие)5Jскольжения)V////////S/V/////////A's$>КачениесоскольжениемИзносиусталостьРис. 8. Взаимодействие поверхностейПримерами поломок деталей станков из-за недостаточной ста¬
тической прочности могут служить поломки корпусных деталей
суппортов, кронштейнов, траверс; поломки могут быть также из-за
брака в литье, из-за неправильной конструктивной формы или не¬
правильных методов эксплуатации.Поломки деталей из-за усталостной прочности встречаются в
шпинделях и валах, зубчатых колесах и носят аварийный характер.и
В изношенных и плохо отрегулированных станках в ряде слу¬
чаев возникают удары, которые могут явиться причиной поломки
отдельных деталей.Тепловые трещины, наблюдаемые в деталях, являются обычно
следствием повреждений в системе смазки станка.Молекулярно-механический износ (схватывание металлов) мож¬
но наблюдать в направляющих скольжения станков при высоких
относительных скоростях.Борьба с недопустимыми видами повреждений сводит к мини¬
муму объем аварийных ремонтов.Рис. 9. Изношенная поверхность направ¬
ляющих станков (увеличение 600 х)Для допустимых видов повреждения де¬
талей (по характеру, а не по величине повреждения) наиболее
характерны износ, усталость поверхностных слоев и смятие поверх¬
ностей, а также остаточная деформация деталей (шпинделей, ва¬
лов, ходовых винтов).Таким образом, основные виды повреждений деталей станков
при нормальных условиях эксплуатации связаны главным образом
со взаимодействием поверхностей.В таблице (рис. 8) показаны наиболее характерные виды по¬
вреждений как результат взаимодействия двух поверхностей.Если нет относительного перемещения поверхностей, то это,
как правило, вызывает смятие поверхностей. Смятие (пластичес¬
кая деформация) поверхностей является характерным видом раз¬
рушения для шпоночных, зубчатых (шлицевых) соединений, упо¬
ров и штифтов, осей цепных передач, резьбовых соединений и дру¬
гих деталей станков.Относительное скольжение поверхностей вызывает их износ.
Износ является наиболее характерным видом разрушения при сколь¬32
жении двух тел, так как влияние пластических деформаций, соп¬
ровождающих изнашивание, может быть уменьшено или почти уст¬
ранено путем повышения твердости элементов пары.Изнашиванию подвергаются основные сопряжения станков:
подшипники и подпятники скольжения, направляющие станков
(рис. 9), диски, фрикционные муфты и тормозы, ходовые винты и
гайки и многие другие детали станков.Рис. 10. Изношенные ролик и палец кулачкового механизмаПри начальном касании поверхностей по линии или в точке име¬
ется большее число вариантов относительного перемещения тел
(см. рис. 8).При качении без скольжения (обкатки) двух тел, как правило,
возникает усталость поверхностных слоев, которая проявляется
в виде отслаивания мелких частиц металла с поверхности контак¬
та. При недостаточной твердости материалов и больших удельных
давлениях наблюдается также смятие. К таким парам относятся,
например, подшипники качения, ролики кулачковых механизмов.На рис. 10 показаны изношенные ролик и палец кулачкового
механизма. Наружная поверхность ролика, которая катится без
скольжения по профилю кулачка, носит следы усталости поверх¬
ностных слоев, а внутренняя поверхность ролика и поверхность
пальца изношены.2 Заказ 152
При качении с относительным скольжением, как это имеет мес¬
то в зубчатых передачах, наблюдаются износ и усталость, а в ряде
случаев и смятие поверхностей. Зона усталости расположена там,
где относительное скольжение минимально или равно нулю (в зоне
начальной окружности зуба). Зона более интенсивного износа рас¬
положена в местах большего относительного скольжения (головка
и ножка зуба).Таким образом, каждому виду взаимодействия поверхностей
соответствует наиболее характерный вид их разрушения.Для создания работоспособных станков необходимо прежде все¬
го обеспечить высокую прочность и износостойкость его деталей.2.	Прочность деталей станковПрочность деталей станков исключает аварийные ремонты из-
за их поломок, а для деталей, выходящих из строя по причине ус¬
талости, обеспечивает требуемый срок их службы.Рассмотрим основные факторы, определяющие прочность де¬
талей станков. Подробно прочностные расчеты освещены в специаль¬
ной литературе [59, 8].а)	Статическая прочность определяет размеры лишь некоторых
деталей станков: кронштейнов, медленно вращающихся валов и шес¬
терен, крепежных винтов, некоторых неответственных корпусных
деталей.Расчет ведется по формулам сопротивления материалов, как это
принято в курсах деталей машин.Допускаемые (адоп) напряжения выбираются для пластическихматериалов (сталь) по отношению к пределу текучести о =tiiи для хрупких материалов (чугун) по отношению к пределу проч¬
ности Здог,^ — •1*2Коэффициенты запаса находятся обычно в пределах пх =
--1,1 -г М для термически необработанных и улучшенных сталей и
/2=3-^4 для деталей из чугуна, работающих на изгиб.б)	Выносливость (усталостная прочность) детали определяет
размеры большинства деталей станка, так как наличие перемен¬
ных напряжений характерно для деталей привода и исполнитель¬
ных механизмов — валов, зубьев шестерен, деталей многих меха¬
низмов, у которых напряжения периодически изменяются от
amin Д° <W (или от xmin до ттах). В этом случае поломка дета¬
лей может произойти в результате появления так назы¬
ваемой усталостной трещины. Как известно, основным показа¬
телем прочности материалов при переменных нагрузках является
предел выносливости (усталости) по отношению к которому и
рассчитывается допускаемое напряжение. При подсчете допуска¬
емых напряжений вводится эффективный коэффициент крнцентра-34
ции напряжений k„ (или kz ), который учитывает возникновение
высоких местных напряжений в местах изменения сечения деталей
(концентрацию напряжений).Для нормальных напряжений=	(3)Для касательных напряженийдоп kx -п *
где п — коэффициент запаса.Значения k0 и kx определяются по графикам или формулам,
приведенным в специальной литературе [39].В ряде случаев отдельно вводят коэффициенты, учитывающие
влияние размеров детали (масштабный фактор е) и состояние по¬
верхностного слоя (р):°Д0Л	ь п И Тд0П Ь п ’	^kQ .л0	kx .п0В справочной литературе для различных материалов приводят¬
ся данные для предела выносливости при изгибе с симметричным
циклом нагружения о_, с коэффициентом асимметрии	 qmin 	 	 |cmaxДля определения аг при асимметричном цикле необходимо поль¬
зоваться формулами или диаграммами предельных напряжений [39].
Для наиболее распространенного случая асимметричной нагрузки
при изменении напряжений от нуля до максимума г = 0 (напри¬
мер, для зубьев шестерен) пределы выносливости (ог = о0) для ста¬
лей в первом приближении равны:о0 = (1,6 ~ 1,8) , т0 = (1,7 ~ 2,0) т_ь	(5)На уменьшение концентрации напряжений и, следовательно,
на повышение усталостной прочности большое влияние оказывают
конструктивные формы деталей.При переходах от одного диаметра к другому у валов и шпин¬
делей на концентрацию напряжений большое влияние оказывает
радиус галтели. Увеличение этого радиуса, поднутрение галтели
дало возможность доводить сопряженную деталь (подшипник,
шестерню) до торца. Применение переходов эллиптической и спе¬
циальной формы способствует снижению местных напряжений.При прессовых посадках хороший эффект дает применение раз-
тружающих выточек у напрессованной детали или у вала.Большое влияние на предел усталости оказывает выбор материа¬
ла, чистота поверхности и метод ее обработки, среда, в которой ра-
^ботает деталь, и другие факторы [59].2*35
Коэффициент запаса (без учета масштабного фактора) находит¬
ся обычно в пределах /I = 1,3 т 1,7.Как известно, детали, работающие в условиях переменной наг¬
рузки, могут иметь ограниченный срок службы. Кривая выносли¬
вости, изображенная в координатах <зг — предел выносливости, N —
число циклов нагружения (рис. 11, а), показывает что если напряже¬
ния не превосходят оГО — длительного предела выносливости, то
деталь будет иметь теоретически неограниченный срок службы.Если же напряжения будут выше <зг, то деталь сможет работать
лишь ограниченное число циклов, после чего разрушится от появ¬
ления усталостной трещины. N0 — базовое число циклов, котороеРис. 11. Кривая выносливости:ш — при наличии длительного периода выносливости; б — при отсутствии длительногопериода выносливостисоответствует границе двух участков кривой выносливости: / —
временного предела выносливости (ограниченный срок службы де¬
талей) и II — длительного предела выносливости. Для сталей N0 =»
= 107.Детали станков, как правило, рассчитываются, учитывая дли¬
тельный предел выносливости, и их выход из строя из-за поломки
от появления усталостной трещины является недопустимым.в)	Выносливость (усталостная прочность) поверхностных слоев
деталей определяет работоспособность шестерен, подшипников каче¬
ния, рабочих элементов многих фрикционных вариаторов кулач¬
ков и роликов и других деталей, работающих в условиях контакт¬
ной нагрузки. Возникающие местные напряжения подсчитываются
по формулам теории Герца — Беляева [7], причем из геометричес¬
ких параметров основное влияние на величину напряжений ока¬
зывают радиусы кривизны сопряженных тел. Так при начальном
касании тел по линии (зубья шестерен, ролик и кулачок и др.)36
наибольшее напряжение, возникающее в зоне контакта, подсчи¬
тывается (при коэффициенте Пуассона р = 0,3) по формуле= 0,418	+	(6)У Ь \ Pi — р2 / см2Q (кГ) — нормальная нагрузка в зоне касания;b (см) — ширина контакта, Е Г—| — приведенный модуль[см2 Jупругости сопряженных тел:£	 2£’1£,2 .Ei + Е2рх и р2 (см) — радиусы кривизны сжимаемых тел, взятые со
своим знаком ( + Для выпуклых тел, — для вогнутых).Эти формулы получены для неподвижного контакта. При вза¬
имном перемещении деталей за счет сил трения возникают каса¬
тельные напряжения (напряжения сдвига), которые изменяют ха¬
рактер напряженного состояния в зоне контакта [74].Наибольшее напряжение сдвига определяет контактную проч¬
ность детали. Однако в силу того, что касательные напряжения яв¬
ляются функцией нормальных сил, расчет на прочность часто про¬
водят по нормальным напряжениям, подсчитанным по формулам
Герца.Основной характеристикой-, определяющей поверхностную проч¬
ность, является твердость материала. Допускаемые контактные
напряжения обычно выбираются в зависимости от твердости поверх¬
ности. Так, для стальных деталей при начальном касании по линии
часто применяется эмпирическая формула«доп =(25 4-30) НВ,	(7)допускаемое напряжение;НВ — твердость по Бринелю. Верхние
значения коэффициента применяются
для закаленных сталей.Для деталей, работоспособность которых определяется выносли¬
востью поверхностных слоев, применяются, как правило, закален¬
ные стали. Характерным для этих сталей является отсутствие дли¬
тельного предела выносливости. Кривая выносливости не имеет
прямолинейного участка (рис. 11, б). Следовательно, эти детали
всегда имеют ограниченный срок службы.Базовое число циклов N0 и соответствующий ему предел вынос¬
ливости аГо носят условный характер. Если напряжение будет выше
или ниже аг , то число циклов, которое выдержит поверхность де¬
тали до усталостного разрушения, будет соответственно больше или
меньше базового числа циклов и определяться по кривой выносли¬
вости.37
г)	Ударная нагрузка возникает в деталях быстроходных дол¬
бежных, зубодолбежных, строгальных и других станков и вызы¬
вает повышенные напряжения, которые могут достигнуть опасных
для прочности значений. При ударе упругих тел, например дол-
бяка о заготовку, в системе возникают колебания, которые и опре¬
деляют величину напряжений и деформаций.Кроме того, при больших скоростях деформации изменяются
механические характеристики материала — увеличивается предел
текучести и наблюдается тенденция к хрупкому разрушению. В
настоящее время расчет на ударные нагрузки может быть произве¬
ден лишь приближенно. Эти методы расчета освещены в специаль¬
ной литературе [59; 38].3.	Специфика расчетов деталей станков
на прочностьКак было сказано, при прочностных расчетах станков приме¬
няются общие методы и формулы, принятые в курсах сопротивле¬
ния материалов и деталей машин.Однако имеется ряд особенностей, характерных для расчета
станков.Остановимся кратко на специфике расчета деталей станков на
прочность.а)	Выбор расчетных усилий. Для большинства
станков характерно наличие изменяющихся нагрузок, действую¬
щих на основные звенья станка, так как технологический процесс
и режимы обработки не остаются постоянными.Если статическая прочность определяется значением максималь¬
ной нагрузки, то при работе деталей в условиях переменных нап¬
ряжений необходимо учитывать суммарный эффект на усталостную
прочность от действия различных по величине и продолжитель¬
ности нагрузок.Рассмотрим наиболее простую схему суммирования напряже¬
ний для кривой выносливости, изображенной в координатах Q —
нагрузка, N — число циклов нагружения (рис. И, б).Суммирование можно производить, исходя из оценки доли дол¬
говечности, затраченной при данной нагрузке.Если нагрузка Q, действовала в течение Ni циклов, а N/ —
число циклов, при котором происходит разрушение от усталости,то отношение —f представляет собой долю использованного де-N jталью срока службы (долговечности).Поэтому
Это — общий метод для суммирования нагрузок при любой фор¬
ме кривой выносливости.Уравнение кривой выносливости (для участка временного пре¬
дела,* для большинства случаев имеет видN[.QT = C = const.	(9)Для контактных напряжений т = 3.Подставляя из этого уравнения значения N/ = в (8), по¬
лучим:Е	= ^ или Y.QT-N,, = С.	(10)Зададимся желательным сроком службы детали, которое опреде¬
лит некоторое расчетное число циклов Np. Тогда можно определить
расчетную нагрузку Qp, которая заменит действие различных наг¬
рузок равноценной.Точка с координатами Qp Np также находится на кривой уста¬
лости, поэтомуQ™ -Np = С.	(11)Приравнивая левые части (10) и (11), получим:Qv = V*{£p)-qt-	(12)Зная эту нагрузку, можно определить напряжения, возникшие
в детали. Эти напряжения следует сравнивать с временным преде¬
лом выносливости который соответствует числу циклов Np . Од¬
нако в справочниках приведены значения длительного предела вы¬
носливости оГ0 (соответствующие базовому числу циклов N0 ), а
не значения ог.Заменим нагрузку Qpy действующую в течение числа циклов Np
эквивалентной ей по усталостному эффекту нагрузкой которая
действовала бы базовое число циклов N0 . Так как точки Qp —
Np и QPo — N0 лежат на одной кривой выносливости (рис. 11, б), тоQ?-vP = QZ-K-Откуда с учетом (12) получим:ь-ь-Ук<1з>Рассчитывая деталь на нагрузку Qpo, условно при определении
ее размеров пользуемся значением длительного предела выносли¬
вости, хотя на самом деле деталь работает в зоне временного предела
выносливости и обладает ограниченным сроком службы Т, кото¬
рый определяется расчетным числом циклов Np .39
Проф. Д. Н. Решетов [70] рекомендует нагрузку QPo находить
в функции максимальной нагрузки, действующей в станке Q i =
~ Qmax*Qp0 = k-Qv	(14)где k — коэффициент долговечности детали по выносливости (уста¬
лости). Если обозначить через Т (час) заданный срок службы детали
и Т, — время работы детали на t-ом режиме, щ [об/мин] — чис¬
ло оборотов (или нагружений) детали в минуту, причем п, — со¬
ответствует числу нагружений, которое имеет место при максималь¬
ной нагрузке (Qx), то:Np = бОГ/ij и Nt = бОТ/rtj.Подставляя эти значения в формулы (13) и (14), получим:(15)Первый множитель называется коэффициентом срока службы,
второй — коэффициентом переменности режима. Для деталей при¬
вода (зубчатых колес, подшипников качения) второй множитель
можно представить как произведение коэффициентов изменения
мощности kN и изменения чисел оборотов ka, тогдаk^ywng_	(16)где kN— коэффициент, характеризующий предполагаемое изме¬
нение мощности: а) при постоянном использовании пол¬
ной мощности kN— 1; б) при одинаковом времени работы
с каждым значением мощности от половины до полной рас¬
четной мощности (основной расчетный случай для универ¬
сальных и продукционных станков) kN= 0,78; в) при оди¬
наковом врехМени работы с каждым значением мощности
от нуля до полной расчетной мощности (расчетный случай
для широкоуниверсальных станков) kN= 0,63;
kn — коэффициент, характеризующий работу передачи на
разных числах оборотов при использовании полной мощ¬
ности электродвигателя или мощности, допускаемой ме¬
ханизмом. Коэффициент kn можно брать по специальным
графикам [70]. При изменении диапазона регулирования
от 1 до 1G kn изменяется в пределах 1-г0,6 (см. стр. 126).Для материалов, не имеющих длительного предела выносливости
(закаленные стали при контактной нагрузке), коэффициент долго¬
вечности может быть как больше, так и меньше единицы. Для ма¬
териалов, имеющих кривую выносливость с прямолинейным участ¬
ком, коэффициент долговечности не может быть больше единицы.
Если по расчету он получается больше единицы, то его следует при¬40
нимать равным единице, так как это означает, что эквивалентное
число циклов нагружений, соответствующее расчетному комплек¬
су нагружений, больше N0 и, следовательно, работа детали проте¬
кает в зоне, где кривая выносливости параллельна оси чисел наг¬
ружений N. Минимальные значения коэффициента долговечно¬
сти определяются условиями отсутствия пластических дефор¬
маций.Таким образом, расчетная нагрузка, заменяющая действие ряда
нагрузок , Q2 , ... , Qn в течение заданного для каждой нагруз¬
ки времени работы, может быть определена умножением коэффи¬
циента k на максимальную нагрузку Qv или непосредственно по
формуле (13).б)	Выбор расчетной схемы имеет ряд характерных
особенностей при прочностных расчетах деталей станков. Во-первых,
детали станков часто имеют сложные формы, для которых опреде¬
ление напряжений и деформаций обычными методами сопротивления
материалов в ряде случаев весьма затруднительно. Поэтому при¬
меняются упрощенные или условные расчетные схемы, причем воз¬
никающие расхождения между расчетными и действительными нап¬
ряжениями или деформациями учитываются коэффициентами, по¬
лученными на основании эксперимента.Например, при расчете станин и траверс сложные формы детали
заменяются упрощенными, а такие элементы, как ребра, могут учи¬
тываться опытными коэффициентами или на основании приближен¬
ных аналитических расчетов.Во-вторых, особенность расчетной схемы может вызываться ха¬
рактером закрепления или видом опор детали. Так, например,
рассчитывая шпиндели, валы, ходовые винты и другие детали стан¬
ков, часто трудно установить, какому расчетному случаю удов¬
летворяют данные опоры (заделка, шарнир.) В ряде случаев опоры
занимают промежуточное положение между заделкой и ножевой
опорой, как например, шпиндельный подшипник скольжения, ко¬
торый оказывает некоторое защемляющее действие.В этих случаях характер опор в расчетной схеме устанавливает¬
ся на основании дополнительных экспериментальных или теорети¬
ческих исследований.в)	Выбор допускаемых напряжений должен
учитывать особенности, характерные для работы деталей станков:
характер нагрузки, среду, в которой работает деталь (например,
масляная среда понижает предел выносливости), возможность пе¬
регрузки и др.Кроме того, для ряда деталей станков применяют условные рас¬
четы на прочность. Например, хотя основной характеристикой ра¬
ботоспособности траверс и станин является их жесткость, в ряде
случаев для упрощения они рассчитываются на прочность, но при¬
нимаются заниженные допускаемые напряжения. Чем точнее вы¬
полнены прочностные расчеты, тем меньшие значения коэффициен¬41
тов запаса можно принимать и детали будут обладать меньшими
габаритами и весом. Большое значение имеет также правильный
выбор материалов (см. § 4 настоящей главы).4.	Долговечность станковДолговечность станка является одним из условий высокой про¬
изводительности станка и длительного сохранения его начальной
точности.Параметром, определяющим долговечность, может служить
коэффициент долговечности у\ду показывающий, какая часть вре¬
мени затрачивается на работу станка (0р) и какая часть на его прос¬
тои в ремонте (Е 0П/):1|Д== 6р + 2в,и = 1 +	‘	(17)Коэффициент долговечности станка, подобно к. п. д. машины,
может изменяться в пределах от 0 до 1; чем выше его значение, тем
выше долговечность станка.Время простоя по причине ремонта данной детали или узла
станка будет— ■ V*	Lгде Ti — срок службы (долговечность) /-й детали (узла) станка;
xi — время (трудоемкость) ремонта /-й детали (узла), включая
разборку, сборку и выверку.Отношение ^ показывает, сколько раз в течение периода, рав-
Tiного 9Р, ремонтировалась данная деталь.Для определения у\д необходимо брать тот период времени бр,
когда имеют место все виды простоев по вине станка, т. е. больше,
чем срок службы Т. любой детали станка.Подставляя значение вп, в формулу (17), получим значение коэф¬
фициента долговечности, выраженное через сроки службы и трудо¬
емкость ремонта деталей станка [65]:Чд	■	(18)'+*Т,При периодических ремонтах, когда одновременно ремонти¬
руется группа деталей, под Tt понимается время до очередного ре¬
монта и под у — его трудоемкость.Из формулы (18) видно, что основным методом повышения дол¬
говечности станка является сокращение времени, затрачиваемого
на ремонт и повышение срока службы его деталей.42
Сроки службы большинства деталей станков определяются их
износом.Износ — это результат процесса постепенного изменения раз¬
меров детали по ее поверхности при трении.Износ может быть оценен следующими показателями:Линейный износ U определяется изменением размера
детали в направлении, перпендикулярном к поверхности трения.
Линейный износ является основной характеристикой оценки из¬
носа детали.Скорость изнашивания (7) определяет изменениеdUизноса с течением времени 7 = —.Интенсивность изнашивания (/) характери¬
зует изменение износа по отношению к пути трения (5):dU] ~ dSИзносостойкостью называют свойство материала или
сопряжения оказывать сопротивление изнашиванию.Это свойство определяется не только материалами сопряжения,
но и условиями его работы.Износ сопряжения — величина взаимного сближения
сопряженных деталей при их износе. Износ сопряжения измеряет¬
ся теми геометрическими параметрами (одним или несколькими),
которые определяют изменение относительного положения сопря¬
женных деталей, происшедшее в результате износа их поверхностей.Для деталей станков наиболее характерен абразивный
износ, при котором на трущихся поверхностях имеются абра¬
зивные частицы, разрушающие поверхность за счет резания или
царапания с отделением микростружки. Эти частицы могут попа¬
дать извне в смазку и на поверхность трения, возникать как про¬
дукты изнашивания данной пары или являться твердыми струк¬
турными составляющими материала одной из сопряженных де¬
талей. Поэтому во многих случаях абразивные частицы при работе
сопряжения не могут быть полностью удалены. Даже при хорошей
фильтрации масла и изоляции поверхности трения имеются условия
для абразивного изнашивания.Для того чтобы выбрать материалы, при которых будет малый
износ для данных условий работы, необходимо знать основные за¬
кономерности процесса изнашивания.На рис. 12 показаны типовые кривые износа деталей станков во
времени. В период I изнашивания происходит приработка деталей—
изменение микро- и макрогеометрии поверхности.После ^периода приработки, который желательно сокращать,
идет период II установившегося (нормального) износа детали.В ряде случаев при достижении определенной степени износа43
U происходит изменение условий изнашивания, приводящих к ин¬
тенсивному износу (период ///, кривая б).Кривая 4 соответствует случаю, когда контактная поверхность
детали разрушается от усталости поверхностных слоев, после чего
начинается износ поверхности.При расчетах для большинства случаев можно принять линей¬
ную зависимость между временем изнашивания t и величиной из¬
носа U, т. е. считать, что в период нормальной эксплуатации маши¬
ны скорость изнашивания у остается
постоянной:у = -у- = const.	(19)Удельное давление р и скорость
относительного скольжения v — ос¬
новные факторы, определяющие ско¬
рость изнашивания. Зависимость из¬
носа от р и v определяется прежде
всего видом изнашивания и каждо¬
му виду соответствует определенная
закономерность.Можно считать, что для абра¬
зивного изнашивания линейный из¬
нос U прямо пропорционален удель¬
ному давлению р на поверхности
трения и пути трения S, т. е. не за¬
висит от скорости относительного
скольжения (закон проф. М. М. Хру¬
щева [89])U = kp-S = k-p-v-t.	(20)Разделив обе части равенства на время работы сопряжения /,
получим, что скорость изнашивания 7 пропорциональна скорости
относительного скольжения v и удельному давлению р:7 = kpv,	(21)где k — коэффициент, характеризующий износостойкость материа¬
лов и условия работы данной пары (смазка, степень изо¬
ляции поверхностей от загрязнений и др.).Законы абразивного изнашивания можно принимать при расче¬
те на изнашивание многих деталей станков: направляющих сколь¬
жения, дисков фрикционных муфт, ходовых винтов и гаек, ку¬
лисных механизмов и др.5.	Специфика расчетов деталей станков на изнашиваниеРасчеты на износ являются базой для проектирования долго¬
вечных станков. Однако ввиду сложности явлений изнашивания,Рис. 12. Износ деталей во вре¬
мени44
в настоящее время эти расчеты находятся в начальной стадии раз¬
вития.Можно указать следующие основные виды расчета на изнаши¬
вание.а)	Расчет по удельным давлениямЭтот расчет заключается в том, что подсчитываются удельные
давления (средние или максимальные), действующие на поверх¬
ности трения, и полученные значения сравниваются с допускаемы¬
ми. Допускаемые удельные давления берутся, как правило, из
практики и их значения соответствуют длительному сохранению
работоспособности сопряжения для аналогичных условий работы.
По удельным давлениям часто рассчитываются направляющие сколь¬
жения станков, гайки ответственных ходовых винтов, некоторые
типы подшипников скольжения и другие сопряжения.Удельное давление — один из главных, но не единственный
фактор, определяющий скорость изнашивания. Поэтому расчеты
по удельным давлениям дают лишь сугубо ориентировочные срав¬
ните; }'ные данные по размерам сопряжений, а в ряде случаев мо¬
гут привести к неправильным выводам в отношении способов по¬
вышения износостойкости конструкции.б)	Расчет величины износа и формы изношенной поверхностиДанный вид расчета позволит указать основные пути повыше¬
ния долговечности сопряжения как за счет конструкции, так и за
счет эксплуатации.При расчете формы изношенной поверхности определяется ве¬
личина износа поверхности сопряженных деталей в каждой точке
U, величина эпюры удельных давлений на поверхности трения р
и изменение взаимного положения в результате износа, т. е. износ
сопряжения.Эти расчеты базируются на закономерностях изнашивания ма¬
териалов и учитывают конфигурацию сопряжения [65].Для пояснения методики рассмотрим расчет на изнашивание
сопряжения в виде кольцевых поверхностей при законах абразив¬
ного изнашивания (рис. 13). Такие поверхности встречаются в нап¬
равляющих кругового движения столов станков, у дисков муфт
и тормозов и других сопряжениях.Линейная скорость v на поверхности дисков зависит от радиуса р:v = 2 тгпр,	(22)где п — число оборотов в единицу времени одного диска относитель¬
но другого.На больших радиусах окружная скорость больше, и так как
при износе все время должно сохраняться условие касания поверх¬45
ностей (не должно быть раскрытия стыка), то удельное давление
там будет соответственно меньше.Для определения эпюры давлений используем условие касания,
которое заключается в том, что в каждой точке поверхности трения
сумма износов двух тел равна износу сопряжения, т. е.^1 + ^2 = ^Л-2 = const.	(23)Учитывая законы абразивного изнашивания (20) и равенство
(22), получим:+ ^2 = (*i + ^2) 2*прр. t = const.	(24)Продифференцируем это равенст¬
во по р, учитывая, что эпюра удель¬
ных давлений является функцией р:откудаP-dp + p-dp = d (рр) = 0Qили р • р = С = const и р = — . (25)Рис. 13. Износ кольцевых по¬
верхностейПолученное выражение говорито	том, что эпюра удельных давлений
будет иметь гиперболический харак¬
тер. Чем больше радиус, тем меньше
значение удельных давлений. Посто¬
янную С можно получить из началь¬
ных условий.Для эпюры удельных давлений это условие заключается в том,
что сила Р связана с удельным давлением, распределенным по по¬
верхности трения S следующей зависимостью:RР = j1 pdS = | р • 2тср. dp.	(26)Подставляя значение р из (25), получим:R гР = 2® j — • pdp = 2%С (R — г),откудаС =		•	(27)2к (R - г)Из (25) и (27) получим окончательное выражение для эпюры
удельных давленийР =Р2к (R — г) р(28)46
Таким образом, эпюра удельных давлений зависит от закономер¬
ностей изнашивания и ее характером нельзя заранее задаваться.
Износ сопряжения будет= L\ -\-U2 = 2гм {kA k2)-?-p-1.Подставляя значение p из (28), получим:Ui-2 = JT7-p-n'L	<29)Из этого равенства видно, что скорость изнашивания сопряже-UX о	о	„ния Ti_2= ■ ■■ является величинои постоянной для данныхусловий работы сопряжения и является основной характеристикой
его износостойкости.Зная скорость изнашивания и предельно допустимые износы
сопряжения i/max, можно определить срок службы данной пары:Т = Ми*..	(30)К|-2Форма изной ‘иной поверхности, т. е. линейный износ тел в лю¬
бой точке поверхности трения, определяется из условия:Ux + Ut = UM }v± = ф .	(31)и2 т Jгде ф = — —соотношение износов материалов сопряженных по-верхностей для данных условий.Откуда, подставляя значение Ui_2 из (29), будем иметь:и\ = k41	1 R-r2	2 R-r(32)Таким образом, при данных законах изнашивания износ дис¬
ков будет равномерным (не зависит от р), а величина износа зави¬
сит от износостойкости материалов (ki и k 2), режимов работы соп¬
ряжения (Р и п), размеров (ширина дисков R—г) и времени ра¬
боты t.Полученные и аналогичные формулы [65] можно применять для
различных расчетов при конструировании и модернизации обору¬
дования.Если значение коэффициентов износа k неизвестно, то форму¬
лы можно применять для сравнительных расчетов.Например, при проектировании новой модели станка с круго¬
выми плоскими направляющими, по сравнению с существующим
аналогичным станком, нагрузка увеличилась на 20% (т. е. Р2 =47
= 1,2 PJ, скорость на 30% (т.'е. п2 = 1,3 щ), а материал направ¬
ляющих имеет износостойкость выше на 15%.Как изменить ширину направляющих новых станков, чтобы их
износостойкость по отношению к абразивному изнашиванию оста¬
лась прежней?Для решения используем формулу (29), приравняв значение Ui_2
для обоих случаев:ц 	 (fei Ч~ k2)*nlP 1 ^^ _ ki k2 (11) ♦ (1,3Пу) ^1-2 “ Ri-f! ’ “ 1,15 ' R2-r2откуда R2 — г2 = 1,35 (7?х — гг), т. е. ширина направляющих
должна быть на 35% больше.6.	Основные методы проектирования'
долговечных станковДля обеспечения необходимой долговечности машины конструк¬
торы широко применяют такие методы повышения износостойкости,
как: выбор необходимых материалов, уменьшение числа изна¬
шивающихся сопряжений (создание более простых станков), смаз¬
ка трущихся поверхностей, изоляция поверхностей от загрязнения.
Однако, кроме этого, необходимо применять специальные методы
проектирования, которые должны способствовать повышению
долговечности станков за счет создания рациональной конструкции.
При разработке этих методов следует опираться на законы изнаши¬
вания сопряжений и механизмов, на оценку долговечности всей
машины.Рассмотрим основные методы проектирования долговечных стан¬
ков [66].а)	Выбор конструктивной схемы механизмаВыбор конструктивной схемы механизма, при которой износ соп¬
ряжений наименьшим образом влияет на нормальную его работу,
является общим условием проектирования долговечных машин , и
станков.Величина износа сопряжения еще не характеризует степень на¬
рушения нормальной работы механизма.11ри одних и тех же износах аналогичные механизмы могут в од¬
ном случае перестать правильно функционировать, а в другом — ра¬
ботать еще продолжительное время.В качестве примера рассмотрим работу сверлильного шпинде¬
ля / при износе его подшипников 4 и зажимных губок 5, удер¬
живающих деталь 2 в процессе обработки (рис. 14).По мере износа указанных сопряжений будет происходить
смещение оси обрабатываемого отверстия на некоторую величину48
А, предельное значение которой зависит от требуемой точности
обработки.Если износ подшипников U](направление которого зависит отнаправления силы Р на
приводном шкиве) и износ
неподвижной губки зажи¬
ма Uu будут направлены в
разные стороны, то А =Если их направление
совпадает, то A = U{—Un
и срок службы намного
увеличивается. Это повы¬
шение .долговечности получено только за счет правильного
выбора конструктивной схемы механизма.б)	Принцип равномерного износаНарушение правильной работы механизмов в результате их
износа часто зависит не столько от величины износа, сколько от
неравномерности его р ределения по поверхности трения. Так,
например, неравномерный износ по длине ходовых винтов приво¬
дит к уменьшению точности перемещения суппортов или столов,
неравномерный износ по профилю кулачковых механизмов ис¬
кажает характер передаваемого закона движения, неравномерный
износ направляющих прямолинейного движения отрицательно
сказывается на точность и виброустойчивость станков и т. д. При
проектировании основных трущихся элементов станков конструк¬
тор различными методами должен стремиться уменьшить возмож¬
ную неравномерность износа и этим создать условия для более дли¬
тельного сохранения механизмом его служебных показателей.в)	Перенос усилий, действующих в механизме,о	ответственных элементов на менее ответственныеУменьшение усилия в ответственных сопряжениях за счет более
интенсивной работы менее ответственных элементов во многих слу¬
чаях будет способствовать значительному повышению долговечности
всей конструкции.Например, для повышения срока службы направляющих стан¬
ков в наиболее ответственных случаях можно применять их раз¬
грузку. В этом случае вес стола и частично усилия резания воспри¬
нимаются специальной подпружиненной тележкой на роликах,
а сами направляющие скольжения действительно становятся в ос¬
новном лишь направляющим, но не несущим элементом.Рис. 14. Схема износа сверлильного
шпипделя и зажимных губок и их влия¬
ние на точность обработки49
По этой же причине ходовой винт токарных станков не исполь¬
зуется для сообщения движения подачи суппорту при обточке.
Для предохранения винта от чрезмерных нагрузок и повышения
этим срока службы во всех токарных станках идут на усложнение
конструкции, когда передача движения суппорта при обточке осу¬
ществляется от ходового валика.г)	Уменьшение трудоемкости ремонта за счет
конструкции станкаКак показывает формула для коэффициента долговечности т)д ,
долговечность станка может быть повышена не только за счет уве¬
личения сроков службы деталей, но и за счет сокращения трудо¬
емкости ремонта его узлов и деталей.Ведущую роль в этом играет конструкция станка, которая пре¬
допределяет основной объем ремонтных работ. Количество изна¬
шивающихся деталей в станке, трудоемкость сборочных и приго¬
ночных работ при замене и ремонте износившихся деталей и тех¬
нологичность конструкции — все эти факторы должны учитываться
конструкторами.Большое значение имеет быстросменность узлов и деталей, тре¬
бующих частой замены.д)	Компенсация износаКомпенсация износа сопряжений увеличивает срок их службы
и поэтому широко применяется в станках и машинах, как напри¬
мер: устройства для компенсации износа фрикционных муфт, под¬
шипников скольжения и качения, направляющих станков и др.
Компенсация износа не всегда полностью устраняет вредные пос¬
ледствия от износа сопряжений. Возможности по осуществлению
компенсации в большой степени связаны с характером сопряжения.Компенсация износа может производиться двумя основными
методами. Периодическая компенсация, при которой по мере из¬
носа регулируется зазор или изменяется взаимное положение тел,
требует постоянного наблюдения за работой механизмов и на нее
обычно затрачивается много времени.11аиболее прогрессивны методы автоматической компенсации
износа, когда по мере износа сопряжений механизм сам выбира¬
ет зазор и обеспечивает правильность работы механизма.В качестве примера на рис. 15 приведены три конструкции гаек
ходовых винтов станков.В первой конструкции нет компенсации износа и она применяет¬
ся в малоответственных случаях.Вторая конструкция предусматривает ручную периодическую
выборку зазора в гайке. Для этого гайка выполнена из двух поло-50
6)винок, расстояние между которыми
может изменяться при помощи винта
и клина.При неравномерном износе винта
по длине регулировка должна про¬
изводиться по наименее изношенно¬
му участку и будет неполной.Третья конструкция предусмат¬
ривает автоматическую компенсацию
зазора. Для этого две гайки соедине¬
ны пологими кулачками и при пово¬
роте левой гайки расстояния между
ними будут увеличиваться или умень¬
шаться.Левая гайка выполнена в виде
шестерни и соединена с рейкой, ко¬
торая находится под постоянным
воздействием пружины. Если между
гайками и винтом появился зазор,
то пружина поворачивает левую гай¬
ку и зазор выбирается.Широкое применение автоматиче¬
ских устройств, компенсирующих
вредные результаты износа, будет
способствовать созданию станков, со¬
храняющих свои начальные качества
в течение длительного времени.Проектирование и расчет меха¬
низмов и станков с учетом их дол¬
говечности позволит решить одну из
важных проблем современного станкостроения.Ш//ЛПружинаРис. 15. Методы компенсации
износа гаек ходовых винтов:а — без компенсации; б — ручная
компенсация; в — автоматическая
компенсация§ 3. ЖЕСТКОСТЬ И ВИБРОУСТОЙЧИВОСТЬ СТАНКОВ1.	Жесткость станковДеформации узлов станка, возникающие под действием усилия
резания, приводят к изменению начального относительного поло¬
жения инструмента и обрабатываемой детали, что приводит к поте¬
ре станком точности. Во многих случаях эти деформации играют
решающую роль в общем балансе точности станка и поэтому высо¬
кая жесткость станка является необходимым условием для соз¬
дания работоспособных производительных станков.Жесткостью узла называется его способность сопротивляться
появленшоЗ^^их 'отжатий (деформаций) под действием нагруз¬
ки.51
Жесткость узла (/) может быть определена как отношение силы
Р (кГ), приложенной к узлу в заданном направлении, к отжатию узла
S (мм):При этом применяются два основных способа измерения и под¬
счета жесткости узлов. Первый — когда деформация измеряется
в направлении действия силы, и второй, когда деформация изме¬
ряется в том направлении, которое оказывает наибольшее влияние
на точность обработки и не совпадает с направлением действия силы.Деформация узлов станка под действием сил происходит в
результате следующих причин (рис. 16):а)	Деформация тела детали — шпинделя, ста¬
нины, деталей суппорта и т. д., которая может быть гюдсчитана с
требуемой степенью точности по формулам сопротивления материа¬
лов. Трудность расчета в ряде случаев возникает лишь в результа¬
те сложности конструктивных форм деталей (например, станины)
или неопределенности характера закрепления (опоры шпинделя).б)	Контактная деформация, когда начальное ка¬
сание деталей происходит по линии или в точке, характерна для
подшипников качения, кулачковых механизмов, направляющих
качения и ряда других сопряжений.Величина контактной деформации может быть подсчитана по
формулам Беляева, приведенным в специальной литературе [59].
Например, при касании шарика с плоскостью (шариковые направ¬
ляющие качения) величина взаимного сближения (W) за счет кон¬
тактных деформаций при коэффициенте Пуассона (х = 0,3 будет:где Р — сила, сжимающая детали;Е — модуль продольной упругости;D — диаметр шарика.Эта формула учитывает деформацию только в зоне контакта.
В таких ответственных узлах станка, как шпиндель на подшип-/ = (кГ/мм).О(33)Рис. 16. Виды деформаций в узлах станка(34)52
никах качения, контактная деформация играет большую роль,
чем деформация тела шпинделя.Однако и в тех узлах, где нет деталей, работающих в условиях
контактных деформаций, например в суппортах станков, дефор¬
мация самих деталей весьма незначительна по сравнению с об¬
щей деформацией узла. Еще в 30-х годах инж. Вотинов, который
впервые проводил исследования жесткости станков [15J, отметил,
что для суппорта токарного станка деформация его деталей состав¬
ляет 0,1—0,2% от общей деформации узла и его жесткость эквива¬
лентна жесткости балки небольших размеров (рис. 17). Главную
роль в этом случае играют деформации стыков.Рис. 17. Сравнение жесткости суппорта с балкойв)	Деформация стыков, главным образом направляю¬
щих скольжения и неподвижных деталей, происходит в резуль¬
тате шероховатости поверхностей, когда контакт происходит в от¬
дельных точках (см. рис. 16, в). Характер касания зависит от метода
обработки, и чем грубее поверхность, тем будет большая деформа¬
ция стыка.Вотинов ввел понятие жесткости стыка £ как отношения удель¬
ного давления в стыке (Р кГ/мм2) к тем деформациям (8 мм), кото¬
рые им вызываютсяI	= — (кГ/мм3).	(35)Для удельных давлений р = 0,01—0,17 кГ/мм2 (характер¬
ных для направляющих станков) Вотинов получил следующие сред¬
ние значения жесткости стыка для образцов малых размеров:для строганых поверхностей	£ = 50 кГ/мм9» шабренных	»	£ = 70 »» шлифованных »	6 = 170 »» притертых	»	£=200 »53
Из этих данных видно, что жесткость стыка сильно зависит от
качества соприкасающихся поверхностей и деформация стыка
во много раз превосходит деформацию самих деталей.Однако попытки использовать данные по жесткости стыка,
полученные на образцах малого размера, для расчета жесткости
всего узла не приводят к надежным результатам и жесткость все¬
го узла оказывается, как правило, меньшей, чем расчетная. Это
объясняется тем, что в таких узлах станков, как суппорты, столы,
имеется еще один вид деформации, не учтенный вышеперечислен¬
ными случаями.г)	Деформация тонких тел при неполном
касании по поверхности. Такие детали, как клинья
и планки, применяемые для компенсации износа, находясь между
двумя плоскостями, не обеспечивают полного касания по всей по¬
верхности. Длинная тонкая планка будет иметь лишь отдельные
зоны микроконтакта, в результате чего при действии силы происхо¬
дит как бы ее «распрямление» и как результат — повышенная де¬
формация (см. рис. 16, г).Поэтому наличие в узле планок и клиньев, как правило, сильно
снижает его жесткость.Таким образом, жесткость всего узла станка зависит от различ¬
ных по характеру деформаций его элементов и для получения наи¬
более достоверных данных необходимо произвести измерение жест¬
кости узла.Для измерения жесткости пользуются специальными прибора¬
ми, которые должны включать динамометр для создания и изме¬
рения усилия, действующего на узел, и приборами (обычно индика¬
торы) для замера соответствующих перемещений.Рис. 18. Динамометр конструкции Дальского А. М.54
На рис. 18 показан динамометр конструкции А. М. Дальского
для измерения жесткости.Прибор закрепляется на столе или суппорте различных стан¬
ков и своим ползуном 1 упирается в шпиндель станка. При вра¬
щении гайки 2 ползуна между суппортом и шпинделем создается
распорное усилие, которое передается через угловую пружину 3.
Пружина протарирована и возникающее усилие измеряется по по¬
казаниям индикатора 4. Для измерения перемещений (8) другие
индикаторы устанавливаются в зависимости от того, жесткость ка¬
кого узла измеряется. При определении суммарной жесткости суп¬
порта и шпинделя индикатор
устанавливается на суппорте
(в резцедержателе), его ме¬
рительный штифт упирается
в шейку шпинделя или оп¬
равки и измеряется взаимное
отжатие суппорта и шпинде¬
ля. Разделив силу на вели¬
чину отжатия узла, получим
значение его жесткости при
данной нагрузке.В результате испытаний
обычно строится кривая же¬
сткости в координатах наг¬
рузка-деформация. Схема получения кривой жесткости показана
на рис. 19.При нагружении узла до выбранного значения силы (кривая
О—1) и последующей разгрузке (кривая 1—2) узел (например, суп¬
порт) не возвращается в исходное положение, так как в сопряже¬
ниях имелись зазоры, которые оказались односторонне выбран¬
ными. При последующих нагружениях узел будет возвращаться
в исходное положение, однако кривые нагрузки и разгрузки не
совпадают, образуя петлю гистерезиса.Площадь этой петли характеризует работу сил трения в стыках
данного узла.Кривая жесткости в общем случае не является прямой, т. е.
жесткость переменна и характеризуется для каждого участка тан¬
генсом угла наклона кривой. = _АР
^ ДБОбщая жесткость узла может характеризоваться отношением/bi 'При нагружении узла в обратном направлении получим ана¬
логичную картину, однако жесткость может иметь и другое зна¬
чение55
h ьг'Это объясняется тем, что расположение клиньев и планок на од¬
ной стороне направляющих суппортов и столов существенно увели¬
чивают деформацию узла, когда усилие передается через эти сла¬
бые (не жесткие) звенья.Отрезок г характеризует суммарные зазоры в узле и назван
Вотиновым разрывом характеристики.Жесткость основных узлов современных станков имеет весьма
различные значения.Жесткость шпинделей базовых моделей отечественных станков
лежит в пределах 7000—20000 кГ/мм. Более высокие значения от¬
носятся к шпинделям на роликовых подшипниках. Жесткость суп¬
портов токарных станков при хорошей регулировке достигает 7000
кГ/мм, а в цеховых условиях может быть снижена до 3000 кГ/мм
и ниже.Жесткость станин современных станков, приведенная к пере¬
мещению инструмента, очень велика и выражается десятками ты¬
сяч кГ/мм.Для оценки той доли деформации, которая приходится на от¬
дельные элементы станка, и выявления слабых звеньев строят так
называемый баланс жесткости станка, когда все деформации относят
к взаимному перемещению инструмента и заготовки.ЗажимнойпатронКаретка реболь бер. Редмьб^ая^сче^нё-'
колобки голодна60 70 60 50 1*0 30 20 10 10 20 30 UO 60 60 70 80 90 100110120/30№0150160
Рис. 20. Баланс жесткости револьверного станкаВ качестве примера на рис. 20 приведен баланс жесткости для
револьверного станка.Отжатие узла револьверной головки больше, чем шпинделя
из-за наличия большого числа стыков. Баланс жесткости показы¬56
вает, повышение жесткости каких звеньев дает больший эффект
с точки зрения повышения жесткости всего станка.2.	Основные мероприятия
по повышению жесткости станковМероприятия по повышению жесткости станков направлены
на создание таких конструкций, которые могли бы воспринимать
большие усилия обработки при малой деформации узлов. К таким
мероприятиям относятся:а)	Повышение качества поверхности со¬
пряжений и качества сборки. Тщательная обработка
и пригонка поверхностей, касания их по всей номинальной площади
и уменьшение зазоров в сопряжениях способствует значительному
повышению жесткости стыков, а следовательно, и всего узла.б)	Уменьшение числа стыков и длины ки¬
нематических цепей сокращает число источников по¬
вышенной деформации. Современные прецизионные станки, как
правило, имеют короткие кинематические цепи с минимальным чис¬
лом кинематических пар. Упрощение конструкции и уменьшение
числа возможных перемещений узлов, как правило, повышает жест¬
кость станка, как это видно из примера двух карусельных стан¬
ков (рис. 21), где у второго станка не предусмотрено вертикального
перемещения траверзы.Рис. 21. Карусельные станки:
обычной конструкции (рисунок слева) и повышенной жесткостив) Повышение жесткости слабых звень е-в.
В некоторых конструкциях станков часть звеньев имеет жестокость57
значительно более низкую, чем все остальные узлы. К таким звень¬
ям относятся планки и клинья, рычаги, цанги, пальцы и другие де¬
тали, прочность которых находится в допустимых пределах. Од¬
нако с точки зрения жесткости эти детали нередко сводят на нет
все преимущества станка, имеющего достаточно жесткими все ос¬
тальные узлы. Поэтому усиление их жесткости, установка клинь¬
ев и планок со стороны, противоположной действию сил, измене-Рис. 22. Радиальносверлильный и координатиорасточный станкиние конструкций отдельных элементов может существенно повы¬
сить жесткость всего станка.г)	Создание рамных конструкций станка
придает станку повышенную жесткость, так как при тех же усло¬
виях деформация замкнутых (статически неопределимых) рам всег¬
да значительно ниже, чем у открытых рам. Для современных
станков, предназначенных для работы с высокими нагрузками, или
при высоких требованиях к точности обработки, для повышения
жесткости характерно изменение конфигурации всего станка и, в
первую очередь, станины и корпусных деталей. На рис. 22 пока¬
заны радиальносверлильный и координатнорасточный станки сход¬
ной конструкции. Однако требование высокой точности для коорди¬
натнорасточных станков отразилось на конструкции. Создана рам¬
ная конструкция для перемещения в пространстве шпиндельной баб*
ки, а стол выполнен более мощным с возможностью перемещения
в поперечном направлении.д)	Применение предварительной нагруз¬
ки в сопряжениях дает эффект в тех случаях, когда ма¬
лые нагрузки приводят к созланию контакта с невысокой жесткостью.
При действии дополнительных, искусственно созданных, нагрузокЬб
происходит деформация стыка и более плотный контакт поверх¬
ностей. Поэтому при действии рабочей нагрузки деформации умень¬
шаются и, следовательно, повышается жесткость узла. Такой метод
применяется в подшипниках качения шпинделей станков в виде пред¬
варительного натяга подшипников, а также в некоторых типах на¬
правляющих.е)	Рациональное распределение нагрузок
в узлах станка, не вызывающее перекосов и опрокидывания узлов,
а также изменения знака эпюры удельных давлений в пределах од¬
ного стыка и обеспечивающее желательное, с точки зрения точности,
направление деформаций узлов, также является необходимым ус¬
ловием для создания жестких станков.3.	Специфика расчета станков на жесткостьНесмотря на многочисленные исследования, до настоящего вре¬
мени основные данные жесткости станков получаются на основе
экспериментальных исследований, а не расчетным путем. Однако
по мере накопления исходных данных, главным образом по харак¬
теристикам жесткости стыков и отдельных типовых сопряжений
станков, станет возможным все шире применять аналитические рас¬
четы жесткости станков и их узлов. Наиболее характерны для стан¬
ков следующие расчеты, связанные с жесткостью.а)	Определение перемещений узлов
под действием рабочих нагрузокВеличина и направление перемещений основных узлов станка,
возникающих при действии нагрузок, определяет степень потери
станком своих служебных характеристик. Расчет и анализ этих
перемещений позволит не только установить их допустимые значе¬
ния, но и указать наиболее эффективные методы для повышения же¬
сткости станков. Большие работы в развитии расчетных методов оп¬
ределения деформаций узлов станка проведены в ЭНИМСе под
руководством проф. Д. Н. Решетова [34; 35; 48].Трудность аналитического расчета перемещений деталей и узлов
станка заключается, во-первых, в сложности форм многих деталей
станков, особенно корпусных, и, во-вторых, в недостаточном коли¬
честве исходных данных при определении контактной жесткости.При расчете собственной деформации деталей сложной формы
они заменяются аналогичной деталью упрощенной конфигурации,
состоящей из правильных геометрических элементов. В зависимости
от соотношений габаритных размеров детали они рассматриваются
как брусья (балки), пластины или коробки.Для оценки степени точности данных расчетов, как правило,
необходима экспериментальная проверка деформаций узлов станка.59
-При расчете контактных деформаций могут иметь место два ос¬
новных расчетных случая.Первый, когда жесткость самой детали значительно больше, чем
жесткость стыка. В этом случае деформация поверхностных слоев
определяет характер взаимного смещения сопряженных тел, а дан¬
ные по жесткости стыка являются исходными величинами для опре¬
деления общей деформации детали.Второй расчетный случай относится к контактирующим дета¬
лям, собственная жесткость которых соизмерима с контактной жест¬
костью, а контакт тел осуществляется на относительно большой дли¬
не. В этом случае более точные результаты при расчете деформаций
можно получить, рассматривая работу детали как балки на упру¬
гом основании.При расчете контактных деформаций в большинстве случаев
можно принять линейную зависимость между деформацией и удель¬
ным давлением.б)	Расчет погрешностей обработки,
вызванных деформацией узлов станкаДеформация узлов станка отражается, в первую очередь, на точ¬
ности обработки. Для определения допустимых значений деформа¬
ций необходимо рассчитать те погрешности обработки, которые они
вызывают. Учет деформации самой обрабатываемой детали рассмат¬
ривается в курсе «Технология машиностроения».В зависимости от конструкции станка и метода обработки не¬
достаточная жесткость узлов станка может по-разному влиять на
точность обработки. В одних случаях возникающие деформации не¬
посредственно искажают размеры и форму обрабатываемой детали,
в других — это влияние можно значительно уменьшить или почти
исключить подналадкой станка.Рассмотрим типовые случаи при определении погрешностей об¬
работки, вызванных деформацией узлов станка (рис. 23).Деформации узлов могут непосредствен¬
но влиять на точность обработки и подналад¬
кой станка практически нельзя устранить или уменьшить это влия¬
ние. Например, при работе радиальносверлильного станка (рис. 23, а)
в результате деформации колонны, хобота, шпиндельной баб¬
ки, направляющих и других элементов ось сзерла отклоняется от
своего первоначального положения на некоторый угол а. Это при¬
водит к изменению оси обработанного отверстия, дополнительному
уводу сверла за счет его врезания в деталь под некоторым углом и
«разбивки» отверстия — искажение его формы.Влияние деформаций узлов в ряде случаев
может быть устранено подналадкой станка. Напри¬
мер, отжатие суппорта токарного станка (рис. 23, б) вызывает уве¬
личение диаметра обрабатываемой детали, но дополнительная уста¬60
новка резца в радиальном направлении позволит получить деталь
нужного размера. В этом случае погрешность обработки 5 может
быть или вследствие колебания силы резания Р на некоторую вели¬
чину АР (из-за неоднородности припуска и твердости детали, из-за
затупления резца и т. д.) или из-за изменения жесткости суп¬
порта / при его различных положениях. Так как эти колебания
-I	± А/невелики, то даже сравнительно невысокая жесткость суппорта
может обеспечить требуемую точность обработки, как это и наблю¬
дается на практике.Рис. 23. Влияние жесткости узлов станка на точность обработкиПеременная жесткость узла или неоди¬
наковая жесткость отдельных элементов
и узлов также может привести к возникновению погрешностей
обработки. Например, если шпиндели многопозиционного Станка
(рис. 23, в) имеют различную жесткость /х, /2,..., /д, то при обра¬
ботке деталей резцом, закрепленным в суппорте, имеющим жест¬
кость /0, на различных шпинделях будут получаться изделия нео¬
динаковых размеров. Если деформацию суппорта легко устранить
подналадкой, то неодинаковая жесткость шпинделей приведет к
различию диаметров обработанных деталей на величину/mitt / maxгде Р — усилие резания;61
jmax и Jmin ~ наибольшая и наименьшая жесткости соответ¬
ствующих шпинделей.Перераспределение сил, действующих
на узлы, которое происходит в процессе обработка, во многих
случаях приведет к изменению положения узлов и, следовательно,
к возникновению таких погрешностей обработки, которые трудно
устранить подналадкой станка.Например, при обточке детали в центрах токарного станка (рис.
23, г) вначале усилие резания приложено около заднего центра,
который деформируется, так как задняя бабка имеет некоторую
жесткость / 2. По мере обточки изделия резец приближается к перед¬
ней бабке станка и составляющая, действующая на шпиндель стан¬
ка, возрастает. В результате будут изменяться и деформации узлов:
деформация передней бабки/1	I hдеформация задней бабки£ 	 Р 2 	 О I * 1/1		 — Г '	. * . >/•2	^ /2где а: — координата положения резца.Таким образом, постепенно происходит изменение оси вращения
обрабатываемой детали и, даже без учета прогиба детали, будет иметь
место искажение формы обрабатываемой поверхности.Приращение радиуса обрабатываемой детали Дг в результате
деформации узлов не будет постоянным, а зависит от положения
резца х:A^A + tfs-AJ-y.Погрешность обработки 8, которая не может быть устранена под¬
наладкой резца, будет равняться разности между наибольшим и
наименьшим значениями приращений радиусов^ == Д^*тах A^min*В любом из рассмотренных случаев более высокая жесткость
узлов уменьшит возникающие погрешности обработки.11о повышение жесткости важно не только с точки зрения умень¬
шения статических отжатий узлов, как это было показано выше, но
и для повышения виброустойчивости станков, что особенно важно
при работе быстроходных и сильно нагруженных станков.4.	Вынужденные и параметрические колебания станковПри обработке деталей возникают колебания (вибрации) всей
системы: станок — инструмент — деталь. Вибрации могут привес¬
ти к недопустимому ухудшению чистоты обрабатываемой поверх¬62
ности, уменьшают долговечность станка и нередко ограничивают его
технологические возможности.Поэтому повышение виброустойчивости является важной зада-
чей-при проектировании станков. Явления вибраций машин весьма
сложны и разнообразны и их изучению посвящена обширная спе¬
циальная литература [86; 87]. Изучению вибраций в станках пос¬
вящены труды Соколовского А. П., Дроздова И, А., Решетова Д. Н.,
Каширина А. Н., Кудинова В. А., Эльясберга М. Е., Тлустого И.
и др. [24; 32; 33; 37; 43; 88; 94; 99]. Из встречающихся в станках ко¬
лебаний наиболее легко объяснимы следующие виды:а)	Вынужденные колебания, возникающие под
действием внешней периодической силы. В станках периодическую
(возмущающую) силу может вызывать ряд причин, например пре¬
рывистый процесс резания (долбление, фрезерование, протягива¬
ние), дисбаланс вращающихся деталей (ротора электродвигателя,
шпинделя с инструментом или приводным шкивом), ошибки в пе¬
редачах, особенно в зубчатых, когда вход в зацепление каждого
зуба сопровождается ударом. Колебания могут передаваться также
извне от других станков или машин.Интенсивность колебаний, вызванных возмущающей силой, за¬
висит не только от ее величины, но и от степени совпадения ее час¬
тоты (числа колебаний в секунду) с частотой собственных колеба¬
ний узлов и деталей станка, т. е. от явления резонанса. Поскольку
каждый станок имеет большое число узлов и деталей, то возможны
более интенсивные колебания тех или иных элементов с разными
частотами в зависимости от их попадания в зону резонанса. Вынуж¬
денные колебания — наиболее изученный и объяснимый вид коле¬
баний.Устранение причин, вызывающих колебания, связано, в пер¬
вую очередь, с уменьшением величин возмущающих сил (баланси¬
ровка деталей, повышение точности передач), а также с повышением
жесткости станков.Как известно, для простейшего случая свободного колебания
упруго закрёпленной массы в одном направлении (шпиндель с мас¬
сой шкива на опорах, станок на фундаменте) будет иметь место коси¬
нусоидальный закон движениях = A-cos ^	[мм\	(36)с частотой собственных колебаний/с * j/"y [колеб/сек]	(37)и амплитудойА = -,	-	(38)/где х — координата положения массы при ее колебательном дви¬
жении (*шах = А);63
Усх — статический прогиб или опускание тела под действием соб¬
ственной массы;
g — ускорение силы тяжести;/ — жесткость системы;Р — сила, которая вывела систему из состояния равновесия.Из этих зависимостей видно, что чем больше жесткость системы
(т, е. чем меньше Уст), тем выше частота собственных колебаний и
меньше амплитуда колебаний.Технический расчет на виброустойчивость в отношении вынуж¬
денных колебаний заключается обычно в определении частоты соб¬
ственных колебаний /с и сравнении ее с частотой возмущающей силы/в . Явления резонанса не будет, если fc Ф fB и отличается не менее,
чем на 20—30%. Лучше, если /с >/в , так как в этом случае при
пусках и остановках станка не будет прохождения через зону ре¬
зонанса.б)	Параметрические колебания возникают при
наличии какого-либо переменного параметра, создающего эффект,
аналогичный действию переменной силы. Обычно таким параметром
является переменная жесткость детали или узла.Например, наличие шпоночной канавки на валу или перемен¬
ная жесткость подшипников качения (рис. 24) приведет к тому, что
при вращении вала, при постоянной внешней силе, прогибы вала
будут периодически меняться. Колебания вследствие переменной
жесткости по своему характеру и методам борьбы с ними весьма
близки к вынужденным колебаниям.Автоколебания (незатухающие самоподдерживающие-
ся колебания) характеризуются тем, что силы, поддерживающие
колебания системы, возникают в самом процессе колебаний. В
случае вынужденных колебаний причина колебаний — периоди¬
ческая возмущающая сила — существует независимо от того, вы¬
зывает она вибрации станка или нет. При автоколебательном процес¬
се, в случае прекращения колебаний системы, перестают существо¬
вать и переменные силы, поддерживающие эти колебания.В станках автоколебания связаны, как правило, с процессомРРРрРис. 24. Переменная жесткость деталей5.	Автоколебания станков64
резания и трения в направляющих и проявляются при работе с вы¬
сокими режимами обработки на токарных, расточных, шлифоваль¬
ных и других станках. •Автоколебания при резании. Существует целый
ряд теорий, объясняющих происхождение сил, поддерживающих
незатухающий колебательный процесс. Обычно это такие силы, ко¬
торые зависят от скорости колебательного движения и способствуют
передаче части энергии, идущей на процесс резания, на поддержа¬
ние колебательного процесса.Проф. Каширин А. И. [37] считал, что автоколебательный про¬
цесс связан с силами трения между резцом и обрабатываемой деталью
или стружкой, проф. Соколовский А. П. [82] искал причину в изме¬
нении силы резания, которая возрастает при отходе резца от детали
(отталкивающий эффект, поддерживающий колебания) и уменьшает¬
ся, когда резец врезается в менее прочные ненаклепанные слои метал¬
ла. Эльясберг М. Е. считает [94], что причина автоколебаний заклю¬
чается в запаздывании возникновения сил резания и трения, кото¬
рое происходит из-за пластической деформации металла в процес¬
се резания и прерывистости этого процесса. Чехословацкие иссле¬
дователи И. Тлустый и Полачек выдвинули теорию автоколебаний в
станках, которая базируется на движении вершины резца по зам¬
кнутому контуру [88]. Существенное значение для поддержания ко¬
лебаний имеет также изменение углов резания в процессе коле¬
бания резца и, как следствие, изменение скорости и силы реза¬
ния и ее составляющих [32].Очевидно, все указанные явления имеют место при резании ме*
таллов и, в зависимости от условий, каждое из них проявляется
в большей или меньшей степени.Как отмечает В. А. Кудинов [43], приведенный в движение ста¬
нок независимо от того, производится Ли на нем резание или нет,
представляет из себя, с точки зрения динамики, активную энерге¬
тически замкнутую систему. Под давлением сил резания и трения
и при воздействии двигателя упругие элементы станка деформируют¬
ся. Эти деформации, в свою очередь, изменяют условия резания,
трения или условия работы двигателя. Таким образом, имеет место
взаимное влияние процессов резания и деформации станка, которое
приводит к периодическому изменению относительного положения
инструмента и детали, т. е. к колебанию системы.При взаимодействии инструмента с деталью, как правило, имеют¬
ся причины, которые, после того как какая-либо силе вызовет пер¬
вичное возмущение системы, будут поддерживать возникшие коле¬
бания, т. е. возникнет автоколебательный процесс.Для пояснения причин возникновения в процессе разания сил,
поддерживающих колебания, на рис. 25 показана схема автоколе¬
баний резца, когда главную роль играют силы трения между резцом
и сбегающей стружкой, причем коэффициент трения падает с уве*
личением относительной скорости скольжения v (рис. 25, б).3 Заказ 15265
Если vQ — скорость сбегания стружки (скорость резания) и
резец от какого-либо начального импульса получил движение в на¬
правлении оси у, то при отходе резца относительная скорость сколь¬
жения vt между резцом и стружкой будет меньшей, чем при дви¬жении вперед (vj, так как vx = v{—	~HV2 = у0 + ^(рис. 25, а).at	atdy(Наоборот, сила трения FT , действующая на резец, при отходе
резца от детали будет больше, а при врезании меньше — Ft > F2,согласно зависимости си¬
лы трения от скорости
(рис. 25, 6). Поэтому резцу
при каждом колебании бу¬
дет сообщаться энергия,
равная разности работ сил
трения при прямом и об¬
ратном ходе резца (заштри¬
хованная область на диаг¬
рамме FT — у). Эта работа
и идет на поддержание ко¬
лебательного процесса.Колебания узлов стан¬
ка происходят, как прави¬
ло, одновременно в не¬
скольких направлениях со
сдвигом фаз. В результа¬
те суммирования этих дви¬
жений узел совершает
сложное перемещение по
некоторой замкнутой траектории типа фигур Лиссажу. В ка¬
честве примера на рис. 25 показаны результаты измерения колеба¬
ний шпинделя токарного станка относительно его станины в направ¬
лении осей z и у [99]. Эл¬
липтическая траектория
перемещения конца шпин¬
деля характерна для авто¬
колебательного процесса.Автоколебания возни¬
кают обычно с частотой,
близкой к частоте собст¬
венных колебаний узлов и
деталей. Поэтому в стан¬
ках наблюдаются высоко¬
частотные колебания, со¬
ответствующие частоте соб¬
ственных колебаний резца (/ = 2000-^-6000 гц), колебания
средней частоты, соответствующей частоте собственных колебаний
шпинделя (/ = 200-^300 гц) и низкочастотные колебания суп¬Рис. 25. Схема автоколебательного процес¬
са при переменности сил трения (по
А. И. Каширину)Рис. 26. Схема колебаний шпинделя токар¬
ного станка при резании66
портной группы (/ = 8СЦ-150 гц) или обрабатываемой детали. По¬
вышение жесткости системы остается основным методом борьбы с
автоколебаниями.Кроме того, уменьшение зазора в сопряжениях, применение раз¬
личных систем виброгасителей [72], выбор рациональных режимов
обработки и оптимальной геометрии инструмента, применение виб¬
роизоляторов и другие мероприятия способствуют уменьшению ко¬
лебаний в станках.Интересна конструкция динамического виброгасителя, приме¬
ненная для горизонтальнофрезерного станка (рис. 27, а). В хобо¬
те станка имеется упругий стержень с	i
грузом; конец стержня помещен в резино- IIIидет на гашение колебаний хобота станка. Примерно такой же
принцип работы имеет динамический виброгаситель новатора
Д. И. Рыжкова, предназначенный для гашения высокочастот¬
ных колебаний резца (рис. 27, б). Виброгаситель 1 при помощи ско¬
бы 2 закрепляется на резце 3. Корпус виброгасителя прижимается
к скобе пружиной 4, усилие которой регулируется винтом. При ко¬а)Разрез по АОБ_[ 65е)5микропористаярезинаАРис. 27. Типы виброгасителей:а — динамический внброгаситель в хоботе фрезерного станка;
б — системы Д. И. Рыжкова; в — виброгаситель для расточ¬
ной оправки3*67
лебаниях корпус 1 ударяет по резцу и за счет сдвига фаз гасит ко¬
лебания. Часто для гашения колебаний используют различные пог¬
лотители (пружины, специальные гидроцилиндры, резину и др.),
работа которых основана на рассеянии энергии при колебаниях.
В качестве примера на рис. 27, в показан виброгаситель для расточ¬
ных боштанг с прокладками из микропористой резины.6.	Фрикционные колебанияПри перемещении столов, суппортов и других узлов могут воз-
никать фрикционные колебания, причина которых заключается в
переменности сил трения в направляющих данного узла. Как из¬
вестно, сила трения покоя F0 больше силы трения движения F иэто может явиться причиной
релаксационных (прерывис¬
тых) автоколебаний при мед¬
ленных перемещениях уз¬
лов [69].На рис. 28, а, б показана
схема, поясняющая возникно¬
вение релаксационных коле¬
баний в механизме переме¬
щения от ведущего звена 1
через передаточные механиз¬
мы 2 ведомого звена 3 по нап¬
равляющим 4. При малой
скорости ведущего звена
v0 = const вначале будет про¬
исходить деформация переда¬
точных механизмов 2 без
движения ведомого звена <?,
пока не будет преодолена си¬
ла сопротивления F0 .. Но
как только начнется движение, сила сопротивления резко упадет,
так как F < F0, и ведомое звено под действием потенциальной
энергии (деформированного) звена 2 получит перемещение со
средней скоростью v > v0.Если скорость ведущего звена меньше некоторого критическо¬
го значения v0 < vKp , которое зависит от жесткости / и от разнос¬
ти (F0 — F ), то после перемещения ведомое звено снова остановит¬
ся и процесс скачка повторится. Получим прерывистое движение
(рис. 28, б) с определенной периодичностью скачков, которое и яв¬
ляется релаксационным колебанием ведомого звена (суппорта, сто¬
ла). В данном случае повышение жесткости системы также будет
уменьшать или исключать прерывистое движение.Релаксационные колебания, приводя к неустойчивому движе¬
нию перемещающихся узлов, могут вызвать значительные динами¬УX лРис. 28. Схема возникновения фрикцион¬
ных автоколебаний68
ческие погрешности при обработке деталей. Однако опыт показы¬
вает, что область неустойчивого движения не ограничивается ма¬
лыми скоростями. При монотонном изменении одного из парамет¬
ров системы (скорости, нагрузки, жесткости привода и др.) можно
наблюдать плавный переход релаксационных автоколебаний в ко¬
лебания гармонического типа^ амплитуда которых превышает ве¬
личину скачков при колебаниях с остановками. С автоколебаниями
данного типа встречаются при относительно больших скоростях
подач фрезерных и шлифовальных станков, а также при малых ско¬
ростях резания жаропрочных материалов и широкими резцами на
станках строгальной группы. Эти колебания не менее вредны, чем
релаксационные, так как они приводят к снижению качества обра¬
ботанных деталей и производительности [51].В случае смешанного трения возникновение фрикционных ав¬
токолебаний, согласно теории В. И. Кудинова, можно объяснить,
если рассмотреть движение узла, имеющего не менее двух степеней
свободы. В простейшем случае узел может не только перемещаться
в направлении движения, но и «приподниматься» на направляющих.
Это всплывание происходит под действием гидродинамической подъ¬
емной силы слоя смазки, который при смешанном трении образует
отдельные «микроклинья». Этот подъем приводит к уменьшению
сил трения и создает условия для возникновения автоколебатель¬
ных процессов.На рис. 28, в схематично показано движение узла с учетом двух
степеней свободы. Траектория его перемещений — вытянутый эл¬
липс, который получается как сумма двух колебаний во взаимно
перпендикулярных направлениях, сдвинутых по фазе. При опре¬
деленном знаке фазы сила трения начинает совершать работу, ко¬
торая идет на поддержание колебательного процесса системы. Пра¬
вильный подбор параметров узла, и в первую очередь его жесткос¬
ти, позволит создать устойчивую систему без возникновения вред¬
ных явлений колебания.Таким образом, при всех видах колебаний повышение жесткости
системы является одним из основных методов повышения виброустой¬
чивости станков. Только наличие жестких станков позволит широко
применять принцип концентрации операций и создавать многоин-
струментные станки, выдерживающие большие усилия резания.7. Температурные деформации станковДеформации станков могут быть вызваны не только различны¬
ми внешними силами, действующими на узлы и детали станка, но
и внутренними силами, возникающими в деталях станков вследствие
температурных изменений.Теплообразование, возникающее в зоне резания и в трущихся
парах механизмов, а также колебания окружающей температуры
приводят к температурным деформациям станков, которые нарушп-
ют начальное положение узлов станка и, следовательно, понижают
точность обработки. Так, например, наблюдения за положением
шпинделя токарного станка показали, что после пуска станка в те¬
чение нескольких часов (3—7 час) происходит постепенное смещение
шпинделя из-за нагрева передней части шпиндельной бабки. Сме¬
щение доходит до 20— 120 мк и затем прекращается, так как уста¬
навливается определенный теплообмен. После выключения станкаРис. 29. Источники тепла в круглошлифовальном станке — а и
температурные деформации направляющих —6происходит постепенный возврат шпинделя в прежнее положение.Иногда возможна подналадка станка, уменьшающая погреш¬
ности от температурных деформаций, но это затрудняет эксплуата¬
цию станков, особенно для автоматов и полуавтоматов.Особенно сильно на точность обработки влияют температурные
деформации точных механизмов и корпусных деталей.В станках с применением гидравлики последняя, как правило,
играет основную роль среди других источников тепла. Так, в круг¬
лошлифовальном станке (рис. 29, а) источниками тепла являются
резервуары с маслом в станине /, гидропанель на передней стенке
станка 2, приводной гидроагрегат, насос-мотор 3, гидроцилиндры4,	5, подшипники шлифовальной бабки 6 и привод изделия 7. После
начала работы станка в результате тепловыделений происходит70
неравномерное искривление направляющих стола (рис. 29, б),
а отсюда уменьшается точность обработки [102].Для борьбы с этими явлениями необходимо снижать рабочую
температуру масла, применяя резервуары для охлаждения. Сле¬
дует также перенести из зоны станины часть гидроагрегатов. Не¬
равномерность нагрева отдельных частей станка не только внут¬
ренними, но и внешними источниками тепла может исказить фор¬
му направляющих элементов и взаимное положение узлов станка.
Исследования показали [16], что даже двухчасовой нагрев солнеч¬
ными лучами передней стенки круглошлифовального станка приво¬
дит к отклонению от прямолинейности перемещения стола на 45 ж/с.ВремяРис. 30. Закрепление шпиндельной бабки координатнорасточ¬
ного станка на раме из инвараБорьба с температурными деформациями ответственных узлов
может проводиться путем применения материалов с малым коэф¬
фициентом линейного расширения, например инвара. В некото¬
рых моделях координатнорасточных станков швейцарской фирмы
СИП шпиндельная бабка 1 связана со стойкой 2 при помощи инва-
ровой рамы 3 (рис. 30, а). Благодаря этому изменение расстояния
между стойкой и осью шпинделя I при тепловыделениях в приводе
уменьшается, по сравнению с обычной конструкцией, в 10 раз (рис.
30, б) [98].Большое значение для борьбы с вредным влиянием температур¬
ных деформаций имеет равномерный нагрев отдельных частей ба¬
зовых корпусных деталей станка.71
В качестве примера на рис. 31, а приведена схема температурной
деформации узлов плоскошлифовального станка с вертикальным
шпинделем. Нагрев шпиндельной бабки от тепловыделения в элект¬
родвигателе шпинделя и от трения в опорах доходит в эксплуатаци¬
онных условиях до 40 °. Тепло, переходящее в стойку, вызывает ее
неравномерный нагрев; это приводит к нарушению заданного уг¬
лового положения поверхности оси шпинделя. Практически измене¬
ние указанного углового положения при перепаде температур сте¬
нок стойки Дt = 4—5° доходит до 0,1 мм на метр длины.Для устранения этих температурных деформаций Ю. Н. Соколо¬
вым [79] было предложено подогревать менее нагретые стенки стойкивоздухом, который прогоняется через электродвигатель для его
охлаждения. Теплый воздух подавался в стойку по специальным
трубопроводам и с помощью щитков направлялся вдоль задних сте¬
нок (рис. 31, б). Это позволило значительно уменьшить температур¬
ные деформации станка. Непараллельность торцов обрабатывае¬
мого изделия снизилась с 0,012 мм до 0,003—0,005 мм на 100 мм.Влияние температурных деформаций станков на точность об¬
работки и стабильность размеров обрабатываемых деталей может
Сыть снижено следующими основными способами:уменьшением теплообразования и увеличением топлоотдачи;
направлением температурных деформаций узлов в сторону, не
влияющую на точность обработки;вынесением источников тепла из станин и тщательной изоляции
их от станин и стоек;выравниванием температурного поля станин и стоек путем ис¬
кусственного подогрева более холодных стенок;
введением температурных компенсаторов;
созданием цехов с постоянной температурой (термоконстантных
залов).О)б)Рис. 31. Температурная деформация плоскошлифо¬
вального станка72
Уменьшение в станках деформаций всех видов (температурных,
статических, возникающих при вибрациях) является необходимым
условием для создания точных и высокопроизводительных станков.§ 4. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ СТАНКОВПрочность, жесткость и долговечность станков зависят от пра¬
вильного выбора материалов для деталей станков, учитывая мини¬
мальную номенклатуру применяемых марок материалов. Следует
также избегать неоправданного применения легированных матери¬
алов и цветных сплавов, а также термообработанных деталей.В каждом станке имеются детали, работающие в самых разнооб¬
разных условиях нагружения.1.	Корпусные деталиК этой группе относятся станины, стойки, траверсы, корпуса
коробок скоростей и подач, суппортов, столов.Основные требования, предъявляемые к корпусным деталям, —
их прочность и жесткость, а для подвижных корпусных деталей,
имеющих направляющие, — и износостойкость.Эти детали занимают до 75% веса всех деталей станка.Серый чугун является основным материалом, применя¬
емым для корпусных деталей. В станкостроении серые чугуны часто
разбивают на четыре класса:КлассМарка по ГОСТуТвердость по
Бринеллю (НВ)СтруктураМСЧ 32 — 52 и выше200 — 250перлит и графитIСЧ 21 — 40170 — 240перлит и графитIIСЧ 15 — 32160 — 230перлито-ферритовая
основа и графитIIIСЧ 12 — 28
до СЧ 00145 __ 230феррито-перлитовая
основа и графитМарка ГОСТа указывает прочностные свойства чугуна (первые
цифры — предел прочности на растяжение и вторые — на изгиб
в кГ/мм2).Лучшие показатели имеет модифицированный чугун (М), ко¬
торый применяется для наиболее ответственных деталей, несущих
большие нагрузки — станины, траверсы, кронштейны и др. Для
этих узлов станка применяется и чугун I класса. Следует иметь в
виду, что в чугунах I класса при сложных отливках возникают внут¬
ренние напряжения, поэтому в некоторых случаях следует исполь¬
зовать чугун II класса. Последний широко применяется для кор¬73
пусов коробок скоростей и подач, суппортов и столов, станин слож¬
ных форм. Чугун III класса применяется для неответственных
деталей, не несущих нагрузок — крышек, кожухов и т. п.Сталь углеродистая обыкновенного качества ст. 3
и ст. 5 применяется для сварных корпусных деталей, для крышек
и кожухов.Применение сварных конструкций дает большую экономию ме¬
талла.Для тяжелых станков последнее время стали применять желе¬
зобетонные станины, которые дают огромную экономию металла.
Монтаж и заливка станины производятся на месте стационарной
установки станка.Применение пластмасс для корпусных деталей станков также
имеет перспективы. Корпусные детали станков могут быть вы¬
полнены из армированных пластмасс на базе эпоксидных смол или
стеклопластиков.2.	Ответственные детали механизмов,
несущих нагрузкиК этой группе относятся шпиндели, валы, шестерни, тяги,
большинство деталей приводных и исполнительных механизмов
станка.	\Качественные среднеуглеродистые и малолегированные стали
являются основным материалом этих деталей.Среднеуглеродистые закаливаемые стали — сталь 45, сталь 50,
малолегированные — сталь 40Х, сталь 35ХМЮА, сталь 65Г, це¬
ментируемые — сталь 15, сталь 12А, сталь 20Х наиболее часто при¬
меняются для этих деталей.Для придания стали требуемых свойств необходимо провести
термообработку. При этом температура отпуска после закалки яв¬
ляется одним из основных методов получения определенных свойств
стали. Особенно большое влияние имеет температура отпуска для
легированных сталей. Если требуется высокая поверхностная твер¬
дость с вязкой сердцевиной применяют малоуглеродистые стали с
последующей цементацией и закалкой или среднеуглеродистые ста¬
ли, закаленные токами высокой частоты. Для снятия концентрации
напряжений и придания стали высоких прочностных свойств при¬
меняют азотирование.Если от детали требуются повышенные специальные свойства,
применяют стали с легирующими элементами.Средненагруженные детали, не работающие на износ (шпинде¬
ли в подшипниках качения, тяги, рычаги), изготавливаются обыч¬
но из стали 45 с улучшением (закалка и высокий отпуск). При по¬
вышенных силовых нагрузках применяют сталь 45 с низким от¬
пуском.Для деталей, требующих высокой поверхностной твердости74 I
и вязкой сердцевины (работающих в условиях ударной нагрузки,
а в ряде случаев и на износ), таких, как шпиндели станков, зубча¬
тые колеса, кулачковые муфты, оправки и т. п., применяются сталь
45 с закалкой ТВЧ и низким отпуском. При повышенных требова¬
ниях применяются сталь 40Х, сталь 35ХМЮА (шпиндели быстро¬
ходных станков), сталь 20Х с цементацией, закалкой и отпуском;
сталь 12ХНЗ (быстроходные и тяжелонагруженные шпиндели и
шестерни) и другие малолегированные стали. Сталь 65Г применяет¬
ся для деталей с пружинящими свойствами (цанги, шайбы Грове¬
ра), а также для крупных малонагруженных шпинделей и шестерен.Выбор той или иной марки стали и ее термообработка определяют¬
ся из расчета на прочность или жесткость и с учетом дополнитель¬
ных эксплуатационных и экономических требований.Для деталей данной группы (шестерни, шкивы станков и др.)
применяются пластмассы, главным образом текстолит различных
марок.3.	Пары трения скольженияК сопряжениям станков (направляющие скольжения, подшип¬
ники скольжения, диски фрикционных муфт и тормозов, копиры,
ходовые винты и гайки и т. п.) в первую очередь предъявляется тре¬
бование высокой износостойкости. Материалы должны обеспечи¬
вать минимальную скорость изнашивания в данных условиях рабо¬
ты деталей и не допускать молекулярное схватывание, которое вы¬
зывает задиры поверхностей. Сложность выбора износостойких
материалов заключается в том, что, во-первых, надо подбирать
не один материал, а пару материалов и, во-вторых, учитывать, что
данная пара материалов может быть в одних условиях работы из¬
носостойкой, а в других нет.Лучшим решением, обеспечивающим высокую (теоретически
бесконечную) долговечность трущихся пар является жидкостное
трение, когда материалы пары всегда разделены слоем смазки. Од¬
нако в станках это возможно лишь в ограниченном числе случаев.От материалов пар трения требуются антифрикционные свой¬
ства и, в первую очередь, работа с низкими коэффициентами трения
(опоры, передачи, механизмы станков).а)	Направляющие скольженияНаправляющие скольжения станков работают обычно в усло¬
виях малых или средних скоростей скольжения с небольшими удель¬
ными давлениями.При выборе материала для направляющих следует учитывать,
что они составляют в большинстве случаев одно целое со станинами,
суппортами, столами и т. д., которые отлиты из чугуна. В этом слу¬
чае направляющие должны быть выполнены из чугуна, причем для75
повышения износостойкости их следует закаливать ТВЧ или дру¬
гим способом.В качестве нового метода повышения твердости направляющих
можно упомянуть метод электроискрового упрочнения твердыми
сплавами.В станках применяются также закаленные стальные направ¬
ляющие (стали 20Х, стали 40Х), выполненные в виде планок* ко¬
торые прикрепляются к чугунным или сварным стальным ста¬
нинам.Для круговых направляющих столов 'карусельных станков на¬
ходят применение цветные сплавы, например ЦАМ 10—5, баббит
Б Гб и др. в паре с чугуном; эта пара обеспечивает достаточную из¬
носостойкость и устраняет склонность к возникновению задиров. Од¬
нако более перспективным как для круговых направляющих, так
и для направляющих поступательного движения является приме¬
нение пластмасс. В настоящее время пластмассы все больше при¬
меняются в виде накладных планок на суппорты и столы станков.
Для этих целей применяются металлургический текстолит марки
Б, кордоволокнит 1 Г, винипласт, а также полиамиды (капрон,
найлон).6)	Подшипники скольженияПодшипники скольжения применяются для шпинделей шлифо¬
вальных станков, токарных станков и автоматов, во многих тяжелых и
других станках.В шпиндельных подшипниках должно быть жидкостное трение.
В этом случае износ происходит только в периоды пуска и останова
шпинделя. В тяжелых станках не всегда удается обеспечить жид¬
костное трение.Свойство антифрикционности зависит не только от материала
подшипника, но и от материала вала. Но поскольку материалы,
применяемые для валов, не столь разнообразны, как подшипнико¬
вые материалы, то свойства антифрикционное™ обычно связывают
с материалом подшипников.Разнообразные условия работы подшипников скольжения нель¬
зя объяснить единой теорией антифрикционности. В зависимости
от условий работы на первый план выдвигаются свойства материа¬
лов, обеспечивающие надежную работу подшипников.К таким (свойствам относятся низкая температура на поверх¬
ности трения, способность подшипника хорошо удерживать гра¬
ничный слой смазки, а при разрушении слоя — быстро восстанав¬
ливать его.Для изготовления шпиндельных подшипников скольжения при¬
меняются следующие материалы.В тяжелых станках, где требуется хорошая прирабатываемость
и низкий модуль упругости, обеспечивающий передачу, нагрузки76
Эти бронзына возможно большую поверхность, применяются баббиты (сплав
олова, сурьмы и меди) марок Б83, Б16 и БН и свинцовистые брон¬
зы (типа СЗО). Применение оловянистых бронз в данном случае
нежелательно, ввиду их большей твердости и худшей прирабаты-
ваемости.Обычно баббиты и свинцовистые бронзы, залитые во втулку под¬
шипников, применяются для значений^ р • v < 100 кГ/см2 • м/сек
(произведение удельного давления на скорость скольжения).Для ответственных подшипников средних размеров применяют¬
ся оловянистые бронзы Бр.ОФ 10—1 и Бр.ОФ 10—0,5 до v=l0 м/сек
и p-v <100^-120 кГ/см2 • м/сек и Бр.ОЦСб— 6—3 и Бр.ОЦС4—
—4—17 — при несколько меньших значениях р • v.
обладают хорошими антифрик¬
ционными свойствами, но вклю¬
чают дефицитные цветные ме¬
таллы, особенно олово. Поэтому
весьма желательно применение
алюминиевожелезистых бронз, не
имеющих в своем составе оло¬
ва. Такие бронзы, как Бр.АЖ9—4, применяются для под¬
шипников скольжения с p-v
до 75-М00 кГ/см2 • м/сек и
v <3 м/сек.Для этого типа бронз в виду
их повышенной твердости обя¬
зательно требуется термическая
обработка шеек вала до#^С^45.В малоответственных . под¬
шипниках скольжения можноприменять антифрикционные чугуны СЧЦ-1, СЧЦ-2 (серый ле¬
гированный чугун с небольшими добавлениями хрома, никеля,
марганца и др. элементов). Их применение ограничивается скоро¬
стями v <2 м/сек и удельными давлениями р <20 кГ/см2; твер¬
дость вала HRC = 40-f-45.В качестве шпиндельных подшипников антифрикционный чу¬
гун не годится.Последние годы шире начинают применяться металлокерами¬
ческие материалы, полученные путем прессования и спекания ме¬
таллических порошков.Для экономии цветных сплавов находят применение биметал¬
лические подшипники и другие детали, у которых основное тело
выполнено из стали или чугуна, а поверхность трения из антифрик¬
ционного металла (бронзы).На рис. 32 показан биметаллический передний подшипник
шпинделя токарного станка, корпус которого изготовлен из
стали 35, а поверхность трения залита бронзой Бр.ОЦСб—6—3.Рис. 32. Биметаллический подшипник
скольжения шпинделя токарного стан¬
ка77
Определенные перспективы для подшипников скольжения в стан¬
ках имеют и пластмассы.Наиболее перспективным является применение полиамидов
(капрон, найлон и др.) и фторопластов (фторопласт 4, тефлон и др.).
Основным препятствием для внедрения полиамидов является пло¬
хой отвод тепла с поверхности трения и тепловые деформации под¬
шипника.в)	Точные червячные зацепления и ходовые
винтыЧервячные пары и ходовые винты и гайки широко применяются
в станках для точных ответственных механизмов.Общим в отношении характера работы этих пар являются не¬
высокие скорости скольжения передние усилия. Основное требова¬
ние к этим деталям — высокая точность и износостойкость.Для этих условий более всего применяется закаленная сталь
и качественная бронза.Червяки изготовляют из стали 20Х с цементацией и закалкой
до HRC = 56 62; и стали 40Х с закалкой до HRC = 45 50.
Для изготовления ходовых винтов также используют закаленные
легированные стали 40Х, У10 или сталь У12. Если требуетсяvno-
вышенная твердость до HRC = 50 ~ 56, применяются стали марок
ХВГ и ХГ или марганцевистая сталь марки 65Г (HRC = 35-|-45).Для гаек и червячных колес применяются оловянистые брон¬
зы ОЦС6—6—3 и др., а также безоловянистые алюминиевожелези¬
стые бронзы БРАЖ9—4.Для ответственных червячных колес применяются бронзы
ОФЮ — 1 или ОФЮ — 0,5.Для экономии цветного металла при изготовлении червячных
колес и гаек в ряде случаев применяют биметаллические конструк¬
ции.Гайки ходовых винтов, предназначенные для точных устано¬
вочных перемещений, иногда изготовляют из легированного ан¬
тифрикционного чугуна. В практике станкостроения стали приме¬
няться текстолитовые гайки.г) Материалы для сопряжений с фрикционными
свойствамиПри работе таких сопряжений, как фрикционные муфты, тор¬
мозы, детали фрикционных вариаторов, в которых окружное уси¬
лие передается за счет сил трения, необходимо иметь более высокое
значение этих сил, т. е. материал должен обладать фракционными
свойствами.Для фрикционных пар станков применяются два основных типа
сочетаний материалов. Для ответственных сопряжений, передаю¬78
щих большие усилия, осуществляется трение закаленной стали по
закаленной стали с твердостью до HRC = 60 и выше, причем для
уменьшения тепловыделения работа происходит в условиях смаз¬
ки. Применяются стали марок 20Х, 40Х, ШХ15, 18ХГТ и др.Такие условия работы характерны, например, для деталей:
многодисковых муфт, рабочих тел фрикционных вариаторов.Несмотря на малый коэффициент трения стали по стали данная
пара может передавать значительные усилия и в результате переда¬
ча получается более компактной и дслговечной.^Детали из закален¬
ной стали должны иметь высокую чистоту поверхности и высокие
качества монтажа.Для малоответственных фрикционных сопряжений могут при¬
меняться сталь или чугун в сочетании с неметаллическими материа¬
лами (феродо, текстолит, фибра и др.). В этом случае коэффициент
трения значительно выше, а за счет меньших значений модуля упру¬
гости пластмасс можно не предъявлять таких строгих требований
к монтажу деталей, как при применении закаленных сталей.4.	Детали, работающие в условиях
контактных нагрузокВ условиях контактных нагрузок, когда начальное касание
осуществляется по линии или в точке, работают многие детали стан¬
ков. При этом в одних случаях имеет место чистое качение (подшип¬
ники и направляющие качения), в других — качение со скольже¬
нием (зубчатые передачи).Материал таких сопряжений работает в условиях больших мест¬
ных напряжений и поэтому к его прочностным характеристикам
предъявляются высокие требования.Для зубчатых колес в малоответственных передачах (малые уси¬
лия и скорости) применяется чугун СЧ 18-36 до СЧ 28-48, для
передач высоких скоростей и нагрузок — стали от углеродистых
(сталь 45) до легированных (стали 20Х, 40Х, 50Г2) с различной тер¬
мообработкой в зависимости от передаваемых усилий с учетом ди¬
намических нагрузок при высоких окружных скоростях.Находят применение зубчатые передачи из пластмасс, особен¬
но текстолита, который обеспечивает плавность и бесшумность ра¬
боты. Для песиловых передач типа механизмов управления можно
применять шестерни из полиамидов (например, капрона). Указан¬
ные пластмассы пока не могут конкурировать по прочности и из¬
носостойкости со сталью.Для подшипников и направляющих качения применяются, как
правило, хромистые стали ШХ-15, закаленные до высокой твердости.Для лучшего восприятия ударных нагрузок и повышения стой¬
кости против коррозии в последнее время разрабатывается вопросо	применении для тел качения (шариков, роликов) высокопрочных
пластмасс. В станках пластмассовые тела качения, особенно для79
направляющих, могут найти применение для повышения виброустой¬
чивости столов шлифовальных и других быстроходных станков.Для кулачковых механизмов — роликов и толкателей — приме¬
няются цементируемые стали, для кулачков можно применять и
другую сталь.5.	Малоответственные и малонагруженные деталиК этой группе относятся детали, не несущие больших нагрузок—	оси, валики, рукоятки, маховички, тяги механизмов управле¬
ния, детали арматуры. Они изготовляются из углеродистых сталей
обыкновенного качества (ст. 3, ст. 5), автоматной стали А-12 (ме¬
тизы, валики), сталь 35, а также из пластмасс—пресс-порошков
К 18-2 и др. (маховички, ручки), гетинакса (шестерни, шайбы, шки¬
вы). К деталям арматуры часто предъявляется требование антикор-
розийности. Поэтому для трубок гидросистем и систем смазок при¬
меняют цветные сплавы (медь, латунь) и пластмассы (полиамиды,
полиэтилен и др.).Правильный выбор материалов является необходимым условием
для создания станка с высокими эксплуатационными показателями.
Часть II
Пои вод станковПривод станков приводит в движение рабочие органы, несущие
инструменты и заготовку и должен обеспечивать необходимые ско¬
рости движения инструмента и заготовки, передать требуемые для
обработки усилия при высоком к. п. д. передач.Привод станков состоит из коробок скоростей, осуществляющих
главное движение — вращение шпинделей токарных, сверлильных,
шлифовальных станков и привод возвратно-поступательного дви¬
жения к ползунам и столам строгальных, долбежных, протяжных
станков;коробок подач — передающие движения к суппортам и столам
токарных, револьверных, шлифовальных, фрезерных и других стан¬
ков, а также осуществляющие подачу шпинделей в расточных свер¬
лильных станках. К этой группе относятся также приводы других
рабочих перемещений: обкатки и деления в зуборезных станках,
вращение изделия в круглошлифовальных станках и др.;привода вспомогательных и установочных перемещений — бы¬
стрые подводы и перемещения для установки в рабочее положение
столов, суппортой, траверс.Коробки скоростей и подач должны иметь звенья настройки для
получения различных режимов обработки в заданном диапазоне.Регулирование скоростей и подач может быть ступенчатым или
бесступенчатым.Привод станков, как правило, осуществляется от одного или
нескольких индивидуальных электродвигателей.Основным типом приводного электродвигателя в настоящее вре¬
мя является асинхронный короткозамкнутый электродвигатель,
обеспечивающий наибольшую надежность и бесперебойность рабо¬
ты. Этот двигатель сохранит и в дальнейшем свое значение для стан¬
костроительной промышленности. Однако желательно иметь воз¬
можность регулировать его скорости; эта задача будет решаться
на базе создания статических преобразователей с широким регули¬
рованием частоты.В настоящее время в станкостроении имеется тенденция расшире¬
ния области применения регулируемых электродвигателей постоян¬
ного тока с большим диапазоном регулирования скоростей. Однако
эти электродвигатели пригодны главным образом для привода по¬
дач.
В данном разделе рассматривается механический привод стан¬
ков, т. е. передача движения от электродвигателя к ведомому валу
коробки передач.Глава 3
КОРОБКИ СКОРОСТЕЙ§ 1. СТРУКТУРА КОРОБОК СКОРОСТЕЙ И ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЙ
МЕТОД ИХ РАСЧЕТА1.	Назначение коробки скоростейКоробка скоростей служит для передачи усилия резания для
заданного диапазона материалов и размеров обрабатываемых из¬
делий при необходимой скорости вращения. Одновременно короб¬
ки скоростей должны иметь возможно меньшие габариты, высокий
к. п. д. и хорошие эксплуатационные показатели.а)	Скорость резания. При обработке деталей из раз¬
личных материалов требуемая скорость резания v выбирается на ос¬
новании закономерностей теории резания и теории производитель¬
ности станков. Для каждого станка в зависимости от его назначе¬
ния устанавливаются vmax и ymin.Коробка скоростей изменяет скорости резания, находящиеся
в указанном диапазоне, при обработке деталей различных размеров.Для этой цели числа оборотов шпинделя пш для станков с глав¬
ным вращательным движением или числа двойных ходов пА для
станков с главным возвратно-поступательным движением должны
изменяться в определенном диапазонеД = ^ •	(1)Диапазон регулирования Д является основным показателем ки¬
нематических возможностей коробки скоростей. Диапазон регули¬
рования зависит от величины обрабатываемых деталей.При главном вращательном движении число оборотов шпинде¬
ля будетпт = 100(Ч [об/мин\,	(2)л dгде v (м/мин) — скорость резания;d (мм) — диаметр обрабатываемой детали.Поэтому для обеспечения необходимой скорости резания короб¬
ка скоростей должна иметь диапазон регулирования
Для токарных станков расчетное значение dmin = 0,25 rfmax. При
главном возвратно-поступательном движении число двойных ходов
(пд) также зависит от длины обрабатываемой детали, которая ха¬
рактеризуется длиной хода L (мм). Если v0 = k • v (м/мин) —
скорость обратного хода и Т (мин) — время двойного хода, топл = J- =	!	=	*	 . —.	(4)Т 1000L 1000Z. 1000 (k 4- 1) L
v ^ v0Диапазон регулирования будет:д jWfmax. ^	(5)^min ’^minНеобходимо отметить, что многие механизмы, преобразующие
вращательное движение в поступательное (например, кулисные),
обеспечивают регулирование длины хода. В этом случае диапазон
регулирования самой коробки скоростей может быть меньше.Для современных универсальных станков характерны следую¬
щие диапазоны регулирования;токарные станки	40 — 160фрезерные 		20 — 60карусельные 	25 — 40радиальносверлильные 	20—100строгальные	•	 4—16Регулирование скоростей в данном диапазоне может быть сту¬
пенчатым или бесступенчатым.Бесступенчатое регулирование, когда в данном диапазоне мож¬
но установить любую скорость, весьма желательно, так как поз¬
воляет точно устанавливать требуемые режимы обработки и удоб¬
но при эксплуатации. Однако современные механические вариаторы
скоростей еще сложны и не всегда обеспечивают передачу требуе¬
мой мощности и высокий к. п. д.Ступенчатое регулирование дает возможность установить лишь
определенные числа оборотов в заданном диапазоне и поэтому ско¬
рость резания не всегда может быть установлена точно. Однако
коробки скоростей со ступенчатым регулированием более компакт¬
ны и просты, имеют более высокий к. п. д. и поэтому в настоящее
время имеют большее распространение.б)	Усилие резания. При обработке деталей коробка ско¬
ростей должна обеспечить на шпинделе требуемые усилия резания,
которые определяются закономерностями процесса резания. При
этом размеры и материалы деталей коробки скоростей и мощность
электродвигателя выбираются из условия наибольшего усилия
резания для технологических процессов, осуществляемых на станке.
При обработке деталей различных размеров скорость резанияНА
и усилия в первом приближении
не связаны с обрабатываемым диа¬
метром (рис. 33), так как эти пара¬
метры определяются физикой про¬
цесса резания.Поэтому при обработке дета¬
лей разных размеров соблюдается
равенство Pxvx = P2v2 = const.Это означает, что передавае¬
мая мощность при включении раз¬
ных чисел оборотов шпинделя
должна быть одинаковой. Поэтому
желательно (хотя и не всегда воз¬
можно), чтобы коробки скоростей
обеспечивали в данном диапазоне регулирования передачу
постоянной мощности при включении любого числа
оборотов ведомого звена (шпинделя).Рис. 33. Усилия и скорости реза¬
ния при обработке заготовок раз¬
личного диаметра2.	Элементарные передачи коробок скоростейКоробки скоростей современных станков, предназначенные для
широкого диапазона регулирования, состоят из элементарных двух¬
валовых передач, которые могут сообщить ведомому валу несколько/7,= COnst[S)ejШI!-Рис. 34. Элементарные двухваловые передачи коробок скоростейскоростей. Схемы наиболее распространенных передач показаны
на рис. 34. Бесступенчатый вариатор той или иной конструкции
(рис. 34, а) позволяет получить на ведомом валу любое число обо¬
ротов в данном диапазоне. Конструкции вариаторов и их возмож¬
ности рассмотрены в § 2 гл. 9.84
Передача с передвижными блоками шестерен (рис. 34, б) прос¬
та по конструкции, обеспечивает высокий к. п. д., но не позволяет
осуществлять переключение скоростей на ходу. Передача с фрик¬
ционными муфтами (рис. 34, в) обеспечивает легкость переключе¬
ния на ходу, но за счет более сложной конструкции. С течением
времени требуется регулировка муфт. К. п. д. этой передачи ниже,
так как обе пары шестерен находятся в постоянном зацеплении.
Сменные шестерни (рис. 34, г) компактны и могут сообщить зна¬
чительное число скоростей. Но замена шестерен удобна только при
редких переналадках станка.Передача с зубчатыми муфтами (рис. 34, д) часто выполняется в
в виде венца с внутренними зубцами и специальной шестерни с тем
же числом зубцов. По своим показателям эта передача аналогич¬
на передаче с передвижными блоками шестерен.Ступенчато-шкивная передача (рис. 34, ё) работает плавно и бес¬
шумно, но имеет большие габариты и не поддерживает постоянного
передаточного отношения.Коробки скоростей состоят из последовательно расположенных
элементарных двухваловых передач.Общее число скоростей на шпинделе при ступенчатом регулиро¬
вании получается путем перемножения чисел скоростей элементар¬
ных двухваловых передач, поэтому эти передачи иногда называют¬
ся множительными.3.	Ряды чисел оборотовПри ступенчатом регулировании в данном диапазоне от пх—пт|п
до пг=птмдолжен быть обеспечен ряд скоростей nl9 rt2f /?3,..., пг.
Число скоростей г в современных коробках скоростей обычно
г = 12*4-24.Для того чтобы ответить на вопрос, какой ряд чисел оборотов
наиболее целесообразно иметь на ведомом валу коробки скоростей
(на шпинделе), рассмотрим так называемую лучевую диаграмму
(рис. 35, а).По осям отложены d — диаметры деталей, обрабатываемых на
станке, и v — скорость резания, при которой ведется обработка.Согласно формуле (2), различные числа оборотов шпинделя в
координатах v — d будут выражаться прямыми линиями. Пусть,
исходя из режимов резания, обработка деталей должна вестись
со скоростью резания v0.Если детали имеют размеры dk или dk+v то этим диаметрам соот¬
ветствуют числа оборотов пк и лА+1, при которых можно точно уста¬
новить требуемую скорость v0.Если же надо обработать деталь с диаметром dt , то скорость
v0 установлена быть не может. Так как нежелательно превышать85
рекомендуемую скорость резания, то обработка будет вестись со
скоростью Vi < v0.Расстояние между соседними лучами v0 — va будет характери¬
зовать предел возможной потери скорости за счет ступенчатого
регулирования. Эта величина, выраженная в процентах, называет¬
ся перепадом скоростей А:А = Vo~Va 100% = (1 — 100®/..	(6)V0	\	Vq I	‘Например, если известно, что crynei/чатая коробка скоростей
имеет А = 20%, то это означает, что при обработке различных де¬
талей в зависимости от их размеров скорость резания может устанав-а — общий случай; б— для геометрического рядаливаться с различной степенью точности по отношению к рекомен¬
дуемой, однако это отклонение не будет превосходить 20%.Естественно, что в коробке скоростей желательно иметь одина¬
ковый перепад А между различными числами оборотов.Из (6) видно, что А = const при — = const. * При данномVqдиаметре dk^_{ имеем:пь+\	rdk+\ • nkи v п —0 юоо	* юоопоэтому—	= —2^- = const.Vo /гл+1Если отношение между любыми соседними числами оборотов
сохраняется постоянным, то это означает, что ряд nl9	tiz пред¬ставляет собой геометрическую прогрессию;
nk+\Ф = —-	знаменатель геометрического ряда.пк66
Целесообразность применения геометрического ряда для при¬
водов станков было впервые обосновано в 1876 р. русским акаде¬
миком А. В. Гадолиным.Основные зависимости геометрического ряда:
а) члены ряда:Величины ф, г и Д являются основными параметрами геометричес¬
кого ряда. Зная два из них, можно по формулам (7) — (10) опреде¬
лить третий.Лучевая диаграмма геометрического ряда имеет одинаковые
«зубцы» (рис. 35, б), так как перепад скоростей между любыми со¬
седними лучами одинаков:Геометрический ряд удобен не только тем, что обеспечивает пос¬
тоянный перепад скоростей, но и тем, что на его основе можно проек¬
тировать сложные коробки скоростей, состоящие из элементарных
двухваловых передач, также построенных по геометрическому ряду.Если бы ряд чисел оборотов шпинделя должен был быть постро¬
ен, например, по арифметической прогрессии, то последовательно
расположенные элементарные двухваловые передачи, построенные
по арифметическому или другому ряду, не смогут обеспечить ариф¬
метический ряд на шпинделе. Поэтому в современных станках у
всех коробок скоростей со ступенчатым регулированием числа обо¬
ротов шпинделя и числа двойных ходов построены по геометрическо¬
му ряду, а их значения и знаменатель прогрессии стандартизированы.пхf%2 — ^«8 = «2? = *1?л* = «*+,? =/ЦТ*(70максимальное число оборотов:(8)(7)Я1в) знаменатель геометрического ряда:(9)lg<p = —!— ЛйД, откуда г =*=	1.(10)(И)67
4.	Стандартные (нормальные) ряды чисел оборотовСтандартные числа оборотов и знаменатели ф, которые приня¬
ты в станкостроительной промышленности СССР и ряда других
стран, значительно облегчают проектирование приводов станков.Естественно, что в распоряжении конструктора должно быть
несколько рядов с разными значениями ф, в зависимости от тех тре¬
бований, которые предъявляются к станку.В основу выбора стандартных значений^ знаменателя геометри¬
ческой прогрессии ф положены следующие три основных принципа:У = ^minnt П2 JJ3 —nt/7,П2Яз....Рис. 36. Стандартные геометрические ряды, изо¬
браженные в логарифмическом масштабе1.	Получение различных рядов из основного ряда со знамена¬
телем фга1п.Если выбран ряд с некоторым наименьшим значением ф = фт1п,
то все остальные ряды получаются из этого ряда, беря его члены
через один.Геометрический ряд принято изображать в логарифмическом
масштабе, где отдельные точки, соответствующие числам оборотов
вала, расположены на одинаковом расстоянии.Удобно получать все ряды из основного ряда, как это показано
на рис. 36.2.	Принцип удесятерения — если в стандартном ряде чисел
оборотов имеется член nv то необходимо, чтобы через х ступеней
встретился бы член пх^{ в 10 раз больше данного, т. е. чтобыnx+l = l0nVЭто условие позволит построить таблицы в пределах одного де¬
сятка, получая необходимые данные для других чисел, умножая эти
значения на 10, 100 и т. д. Из поставленного условия:1х+\Пхпоэтому= 10, но пк+[ =■ п$х,<р = j/To\(12)где х — целое число.3.	Принцип удвоения — если в стандартном ряде имеется член
п19 то необходимо, чтобы через у ступеней встретился бы член пи+188
в 2 раза больше данного, т. е. чтобы пх+у = 2пу Этот принцип удо¬
бен как для построения таблиц, так и в случае применения в короб¬
ках скоростей двухскоростных (а иногда и многоскоростных) элект¬
родвигателей с соотношением синхронных чисел оборотов 2.
Аналогично предыдущему случаю, получим:= 2. «о ^+1 = лг<рУ, откуда Ф=у^2. (13)Так как желательно, чтобы оба последних принципа соблюдались
одновременно, то:9 = l/TO = y\f2 или — lg 10 = — lg 2,*	Уоткуда г/ = л:. lg 2 = л;. 0,30103 0,3л:.В качестве стандартного знаменателя исходного ряда принято
значениесргат = 1,об==уш==Г2:Следовательно, для этого ряда х = 40 и у = 0,3* = 12. Знамена¬
тели остальных рядов получаются из знаменателя исходного ряда
возведением его в целую степень п. Стандартные знаменатели
геометрических рядов приведены в табл. 4.Таблица 4? стг ст_ -(1,06)"?ст = >Ло^СТ = >/"2""А - ^ 1 _ -L) . 100°/оп =*X -у =1,061401251,122206101,26410320(1.41)6(6,66)2301,5885(1,5)40(1,78)104(1,2)45(2)12(3,33)150В скобки взяты те знаменатели, которые не удовлетворяют пер¬
вому принципу. Их применение менее желательно. Принципу удеся¬
терения не удовлетворяют ряды с ф = 1,41 и ф = 2, а принципу
удвоения — ряды ф = 1,58 и <р = 1,78, так как для них х и у не
являются целыми числами.В последней графе таблицы подсчитан перепад скоростей А.
Иногда ряды называют по перепаду — 20% ряд, 40% ряд и т. и.Стандартные знаменатели имеют следующую область примене¬
ния:89
Ф = 1,06 — имеет вспомогательное значение;Ф = 1,12 — применяется в автоматах, где требуется более точ¬
ная настройка на заданный режим;Ф = 1,26 и ф = 1,41 — основные ряды в универсальных стан¬
ках (токарных, фрезерных, расточных и др.);Ф = 1,58 и ф = 1,78 — применяется в станках, где время обра¬
ботки невелико по сравнению с временем холостых
ходов и поэтому не имеет смысла точно устанавли¬
вать режим обработки; (ф = 2 — применяется редко и имеет вспомогательное значе¬
ние при расчете промежуточных множительных
передач коробок скоростей.В станкостроении стандартизированы не только знаменатели
прогрессии ф, но и числа оборотов.Так как ряд чисел оборотов начинается с пг = 1 об /мин, то
все остальные значения чисел оборотов nk равны знаменателю прог¬
рессии, возведенной в степень, так как nk=nlyk~~l= ф*-1 об/мин.Ряды, для которых соблюдается принцип удесятерения, легко
распространить на числа больше или меньше 10. Для этого данное
значение п надо помножить или разделить на 10, 100, 1000...Для рядов с ф = 1,41 и ф = 2 этот принцип не соблюдается.Нормаль станкостроения указывает, что выбранные числа обо¬
ротов не должны отклоняться от стандартных более, чем на
±Ю(ф—1)%.5.	Определение передаточных отношений и чисел
зубьев шестерен коробок скоростейПередаточным отношением i называется отно¬
шение чисел оборотов ведомого вала к ведущему:; 	 ЛведомI	»"опри i > 1 передача будет ускорительной, при i < 1 — замедлитель-
ной. Если ведущий вал имеет некоторое постоянное число оборотов
п0 -= const, а числа оборотов ведомого вала составляют геометри¬
ческий ряд со знаменателем ф, то= *h = . #. == п2-1 = А. = — = ... = = _L (И)п2 п3 ‘ "	nz и i3 ’ ’ ■ iz ср ' 'Это выражение является основным законом передаточных от¬
ношений коробок скоростей: если числа оборотов ведомого вала сос¬
тавляют геометрическую прогрессию со знаменателем ф, то пере¬
даточные отношения, необходимые для получения этих чисел обо¬
ротов, также будут составлять геометрический ряд с тем же знаме¬
нателем ф.90
Для удобства расчетов, а также в силу того, что часто применяет¬
ся передаточное отношение i = 1, другие передаточные отношения
передач выбираются равными или кратными значениям стандарт¬
ных знаменателей i = (рп (где п — целое число). Например, / =При определении чисел зубьев шестерен коробок скоростей необ¬
ходимо не только получить данное передаточное отношениеI	= Hi = 9 но и обеспечить постоянную сумму зубьев в пределах
ni z2данной двухваловой передачи (рис. 34).По этим формулам, задаваясь Zz и зная необходимые значенияi,	можно определить числа зубьев шестерен. Однако во многих слу¬
чаях трудно сразу получить удовлетворительные решения.Действительно, как видно из вышесказанного, передаточные
числа являются, как правило, дробными числами и поэтому гх
и z2 также получаются дробными.При округлении их до целых чисел получим отклонение от за¬
данных значений it которые могут выйти за допустимые пределы.
Кроме того, минимальное число зубьев силовых шестерен коробок
скоростей обычно должно быть не ниже zm[n = 18 ~ 20.Для облегчения расчетов приведена табл. 5, где по горизонтали
отложена сумма зубьев, а по вертикали — передаточные отношения
кратные 1,06. Пустые клетки означают, что при данном 2z пере¬
даточное отношение не может быть выдержано в требуемых преде¬
лах ±10 (ф — 1)%, в остальных клетках указано число зубьев мень¬
шего зубчатого колеса.Данная таблица является видоизменением таблиц немецкого
инженера Гермара, автора известной работы по кинематическим
расчетам коробок скоростей станков [17; 97].Пример. Определить числа зубьев трех пар шестерен, которые должны
обеспечить передаточные отношенияЕсли по таблицам взять, например, 22 = 49, то при £ = 1,58 z1:z2 =о	(49 — 19): 19 = 30:19, а при / = 1,26 и / = 1 имеем пустые клетки.
Следовательно, надо найти такое значение 2 г, которое удовлетворяло бы трем
передаточным отношениям.= 1,06; 1,41; 2; 2,51 и т. д.Ъг = zx + z2 = const.Решая систему уравнений:получим2i+ 1и г2 =< + 1(15)<1 = 1; <г = 1,26 и <з = 1,58; гш,п =■ 1 8.91
404142434U4546474849505152535455565758.5960LOG202122232425262728,29301,06202122'232728291.1219222324252627281,19202122232526271,2618192022232425261,33171819202122232425W1719202122i2324251.5016181920212223241,58161719r202/2223231,68151618• 19T\2021221,781517181920211,88Щ151617181920212,00141515171819~Tq~202,11|14151617182,241314151617182,3713141516172,511213Ik1516172.6611213141516162,82I2,99i121314153,163,353t553*7680 161828388586878889909192939495969798991001,0041424345464748494950501,0539404041U14242из434444454546464747481,12383839404142434344444545464647471,193738393940404141424344444545461,2636363737383940404141424344441,333k35353037373838394040414148431,413331*35353b37373838394040411,5032333334353536.37313838393940401,5831323233333435353637373838391,683030313232333354353536$637371,7829293030313233333434353536.1,882828292930303131323233333434352,002728292930303131323233332,112627282829293030313132322t242526262727282829293030312,372b252526262727282829292,5/2323242425252626272728282,6622222323242425252626?7272J3221212223232424252526262.9920212122222323242425253/619202021212222232324243J5191920.20202121222223233,5518181819i92020202?212222.AILL1717181819192020121213,98161617171718181819191920HO4.0216161717171818181919194,47 \151515161617171718181818m141415151616161717 | 17n I ,Приемлемое решение будет при 2 z = 52; ^ = гг = 1 ; h = ^ — 1,26;ZO	2.032= — = 1,58. Здесь точное значение /3 = 1,6 отличается от требуемого *==
1,58 всего на 1,25 %, что допустимо.
Таблица 56162636465656763697071727370-7576777879313232	IU35363738391,0030313334353637381,0629ЗйiLзо32333435363637371,1228292Я31323334343535361,1927282929303132333334351,262627282930313233341.33262728232930303132331.412627282829293031311,50242526272$282930301,58232U25262621272829291,6822232U25252627	23271,7821222223232425261,882122232425262,00202121222223 I 23242*':2'j'242J119192021222223232Л2,241819202021?223232,371819192020212122222,51171819192020212,6616/718IQ191920202,82161717181819/.920-2,991616171718193,1616161718163,35161617173,55151516163,76101102103юи10510610710b100)W111112113114115116117118119/2051515252535U54545555565657575858595960601,004950515253535U5U53555856575758581,06484950515152525U53D45U55555655571,124647U 84949505051515252535454551,19454 64 647U7t*8494950505151525253531,26из444445464647474848494950505151521,33U24 2изиз44UU4 545464647474848494950L14141U1424243434444454546464747464843JL50394040U141414 2424343UUUU4545Ш461.583838393$4-04041414242434344UU44451,68363737383839394040414141424243431,7835363637373838393940404141421,88зизи353536363737383838393939UO402,003333зизи353535363636373738382,113132323332333434343535363637312,2430303131323232333334343535352,3729293030313131323233333334342,5123282929293030303131323232332,6627272728282329292930303131.2,82262625212723282929303Q2.992U25252426262621272828293,1623242325252526262627273,352223222324242U2525252626263,55212221222323232424242525253.7620'212120,212222-222223232323242U243,9820211920212121212222222223234,22191920202020212121 i2122224,4718181619n192020202021214,73При определении чисел зубьев шестерен по формулам (15) мож¬
но использовать их следующее свойство. Если изобразить графи¬
чески уравнения (15), откладывая по оси абсцисс передаточные от¬
ношения в логарифмическом масштабе (так как они составляют гео-93
метрический ряд), а по оси ординат числа зубьев в обычном масшта-.
бе, то получим кривую гиперболического тангенса (рис. 37).Эта кривая интересна тем, что в интервале / = 2 до i = ^ онаблизка к прямой. Это означает, что если передаточные отношения
составляют геометрический ряд (как это всегда и бывает в коробках
скоростей), то числа зубьев составляют арифметическую прогрес¬
сию — их разность постоянна.Например, в разобранном выше примере передаточные отно¬
шения не превосходят 2. Поэтому числа зубьев расположены по
арифметическому ряду: 25—23 = 23 — 20 = 3 или 32 — 29 =
=29 — 26 = 3. Таким образом, если надо определить числа зубьев
для нескольких передаточных отношений, достаточно определить гРис. 37. Зависимость значений числа зубьев пары
шестерен от ее передаточного отношениядля двух пар шестерен и подсчитать разность между зубьями сосед¬
них шестерен одного вала. Эта разность сохранится и для другихпередач, если -i- < 1 < 2.6.	Графоаналитический метод
кинематического расчета коробок скоростейДля облегчения кинематических расчетов сложных коробок
скоростей применяется графоаналитический метод, который заклю¬
чается в графическом изображении чисел оборотов и передаточных
отношений в виде так называемых графиков чисел оборотов и струк¬
турных сеток.На рис. 38, б показан график чисел оборотов для коробки ско¬
ростей, состоящей из двух элементарных двухваловых передач,
обеспечивающих г — 3x2 = 6 скоростей.При изображении графиков чисел оборотов приняты следующие
условности:1.	Каждому валу коробки скоростей соответствует своя шкала
чисел оборотов, на которой точками отмечается число скоростей,
которое может иметь данный вал.2.	Числа оборотов на каждой шкале изображаются в логариф¬
мическом масштабе. Поэтому геометрический ряд чисел оборотов94
изображается в виде точек, расположенных на одинаковом расстоя¬
нии. Точки, расположенные правее, соответствуют более высоким
числам оборотов. Расстояние между соседними числами оборотовравняется ф, так как ф = -Пк-а в логарифмической шкалеnkделение заменяется вычитанием.3.	Передаточные отношения изображаются в виде линий, соеди¬
няющих точки соответствующих чисел оборотов соседних валов.Рис. 38. Схема коробки на 2 = 6 скоростей — а; график чисел обо¬
ротов — 6 и варианты структурных сеток — в и гНаклон линии характеризует величину передаточного отноше¬
ния. Наклон вправо означает ускорение (/ > 1), наклон влево —
замедление (/ < 1). Вертикальное расположение линии соответ¬
ствует передаточному отношению i = 1, так как число оборотов ва¬
ла не изменяется.Параллельные линии означают одинаковое передаточное отноше¬
ние.По графику чисел оборотов легко проследить, как получается
требуемый геометрический ряд на шпинделе. От электродвигате¬
ля идет передача /0, дающая замедление 2-му валу. Далее блок из
трех шестерен сообщает три различных числа оборотов 3-му валу.
Из графика видно, что передаточные отношения, обеспечивающие
эти три скорости, будут:. _ 1. . _ 1 ‘ . _ 1Н — ^2 — И /3 — ,ср	<р*где ф — знаменатель геометрической прогрессии, соответствую¬
щий на графике одному делению шкалы.05
Поэтому замедление на два деления в логарифмическом масшта?
бе соответствует—. Следовательно, значения передаточных от-
<раношений могут быть легко определены из графиков чисел оборотов.Передача от 3-го к 4-му валам коробки скоростей осуществляет¬
ся двумя парами шестерен с передаточными отношениями *4 и i5.
На графике *4 — ускорительная передача *4 ср. Эта передача мо¬
жет быть включена при любом числе оборотов 3-го вала, что обоз¬
начено на графике параллельными линияш!. Шпиндель получает
числа оборотов я4, пъ и п6. Вместе с этими числами оборотов три ос¬
тальных числа п19 я2 и п3 должны составлять геометрический ряд.Как видно из графика, для этого необходимо, чтобы i5 = —. Таким<р2образом, график чисел оборотов дает полную картину всех кинема¬
тических характеристик в коробке скоростей.Для получения требуемого геометрического ряда чисел оборо¬
тов на шпинделе могут быть осуществлены различные варианты
графиков чисел оборотов с другими передаточными отношениями
промежуточных пар шестерен. Конструктор должен выбрать луч¬
ший вариант, который соответствует меньшим габаритам и более
благоприятным кинематическим и динамическим характеристикам.
Для этого, до того как строить график чисел оборотов, строят струк¬
турную сетку. Структурная сетка отличается от графика чисел
оборотов тем, что она всегда симметрична.На рис. 38, б изображена структурная сетка для рассматривае¬
мого случая. По ней можно установить только соотношение между
передаточными Числами, но не их величину:h'-h'h — ? и /4:/5= f.Для чего же наряду с графиком чисел оборотов нужна струк¬
турная сетка, которая дает менее полные кинематические характе¬
ристики коробки скоростей? Для того чтобы сначала выбрать струк¬
турный вариант, а затем переходить к построению графиков чисел
оборотов. Для получения геометрического ряда чисел оборотов
на шпинделе могут быть применены принципиально различные
структурные варианты.Так, на рис. 38, г для той же коробки скоростей изображен дру¬
гой вариант структурной сетки, также обеспечивающей геометри¬
ческий ряд чисел оборотов на шпинделе. Однако передаточные от¬
ношения элементарных двухваловых передач будут иметь другие
значения. Действительно, из рис. 38, г видно, что ix : ta: i3 = ф2
и /4 : ib = ф. Поэтому прежде всего надо ответить на вопрос: сколь¬
ко возможных структурных вариантов имеется для данной коробки
скоростей и какой из них является лучшим, а затем переходить
к построению графика чисел оборотов на базе выбранной структур¬
ной сетки.96
7.	Выбор структурного вариантаДля построения структурных сеток следует пользоваться сле¬
дующими правилами:1.	Число структурных вариантов р равно числу перестановок
из количества элементарных двухваловых передач п, входящих в
коробку скоростей, т. е. р = п\ = 1X2 X 3 X ... X п. Например,
при z = 3x2 = 6 п = 2, поэтому р = 2; эти два варианта и показа¬
ны на рис. 38; при z => 3x2x2 = 12 п = 3, поэтому р = 6 и
т. д.2.	Для построения структурных вариантов необходимо все эле¬
ментарные передачи разбить на группы I, II, III и т. д.Лучи I группы в структурной сетке расходятся на величину q>,
лучи второй группы расходятся на ф в степени числа лучей первой
передачи гх, лучи третьей группы расходятся на ф в степени zv zn,
где zn — число лучей во второй передаче и т. д.Для наглядности это правило можно выразить таблицей (табл. 6).Таблица бНомер группы | 1иIII |1 «VЧисло лучей в группе21гиZIIIZIVРасхождение лучей?Ч]z z
у I • II/i . zn гтДля пояснения этого правила рассмотрим построение структур¬
ных вариантов для коробки скоростей cz = 3X2X2 = 12.Число структурных вариантов, согласно 1-му правилу, р = 6.Эти шесть вариантов и будут соответствовать различным случаям,
когда I, II и III группы последовательно присваиваются элементар¬
ным двухваловым передачам:z = 3 X 2 X 2I, II, III —1-ыйI,	III, II — 2-ойII,	I, III — 3-ийII,	III, I — 4-ыйIII,	I, III —5-ыйIII, II, I — 6-ой jварианты струк¬
турных сеток.На рис. 39 построены эти структурные варианты. Например,
для 1-го варианта I группа идет вначале, поэтому ее три луча рас¬
ходятся на ф. Два луча II группы расходятся на ф8, т. е. на три де¬
ления. Лучи III группы расходятся на ф3,2 = ф6 . В результате по¬4 Заказ 15297
лучаем так называемый веерообразный структурный вариант, в ко-
тором в каждой последующей ступени происходит увеличение пе¬
редаточных чисел. В 6-м варианте вначале идет III группа, поэтому
ее лучи расходятся на ф2,2 = ф4, затем II группа с расхождением
лучей на ф2 и, наконец, I группа с расхождением лучей на ф.Аналогично построены и другие структурные варианты. Необ¬
ходимо отметить, что все перечисленные структурные варианты от-Рис. 39. Структурные варианты для коробки на 2=3x2x2=12
скоростейносятся к данной последовательности элементарных двухваловых
передач. Например, при г =12 = 2 х 2 X 3 имеется 6 других
вариантов структурных сеток. Кроме этих основных вариантов, в
ряде случаев могут быть отысканы и дополнительные, также обес¬
печивающие геометрический ряд. Однако нет надобности в этих
вариантах. В большинстве случаев лучшим для коробок скоростей
станков является вариант 1 с веерообразным графиком. В ко¬
робках скоростей, как правило, происходит уменьшение чисел обо¬
ротов от ведущего (приводно'го) вала к ведомому (шпинделю).
При применении варианта 1 в области высоких чисел оборотов
работает большее число шестерен, так как главная редукция осу¬
ществляется на последней ступени. Скоростные шестерни имеют
меньшие габариты, так как при данной мощности они будут пере¬
давать меньшие крутящие моменты. Поэтому 1-ый вариант будет
соответствовать более компактной коробке скоростей. Кроме того,
небольшие передаточные отношения в области высоких чисел обо¬
ротов обеспечивают лучшие условия для работы зубчатых передач.
По тем же соображениям при выборе порядка расположения мно¬
жительных передач целесообразнее вначале иметь большее число
скоростей.Так, вариант z — 12 = 3x2x2 лучше, чем г = 12 = 2х2Хх 3.Кроме того, при большом числе скоростей не рекомендуются как
варианты с большим числом множительных передач (в коробке мно¬
го валов), так и с большим числом шестерен на одном валу. Напри¬
мер, в коробке на z = 16 скоростей варианты 16 = 2x2x2x2
и 16 = 8x2 — нецелесообразны. Лучшим вариантом будет г =
= 16 = 4 X 2 X 2.При построении графиков чисел оборотов на основе выбранной
структурной сетки следует учитывать, что с точки зрения работы
шестерен желательно, чтобы передаточные отношения находилисьв пределах — <; i < 2, так как ускорительные передачи рабо-4тают хуже замедлительных. Предельные значения передаточныхотношений — <; / < 2,5.5В отдельных случаях надо проверять также окружную скорость
быстровращающихся шестерен. Для обычных коробок скоростей
она не должна превышать 12 м/сек.8.	Пример кинематического расчета
коробки скоростейВ качестве примера применения графоаналитического метода
для кинематического расчета коробок скоростей рассмотрим сле¬
дующий расчет.Произвести кинематический расчет коробки скоростей универ¬
сального станка по следующим исходным данным:число скоростей шпинделя 	г = 16,знаменатель ряда	Ф = 1,26,минимальное число оборотов шпинделя . ~	п i = 20об/мин,число оборотов электродвигателя	п9 = 960об/мин.1	этап — определение основных кинемати¬
ческих параметров коробки скоростей
Максимальное число оборотов шпинделя«шах=«1-Тг_‘. т. е. я,,*/!,.*« = 20(1,26)» == 630 об/мин.Это же число оборотов можно получить непосредственно по таблице
стандартных чисел оборотов, отсчитав 16 членов в графе с q> =
= 1,26, начиная с п = 20 об/мин. Диапазон регулирования4*09
д =«ie630= 31,5.п 1	20Для удобства дальнейших расчетов полезно заранее записать
вначение <р в различных степенях:9= 1,26,	94= 2,5,<Р2 = 1,58,	<рв = 4,<Р3 = 2,	<р« == 6,25.2 этап — построение структурной сеткиИз вышесказанного следует, что лучшим вариантом будет z —
—4 X 2 X 2 с веерообразной структурой (рис. 40, а). Из структур¬
ной сетки получаем следующие соотношения для передаточных чи¬
сел:/j : tjj: /3 . t*4 = ® = 1,26h '■ h = <Р4 = 2,5
h ’■ h Ф8 = 6,25(a)11 1iQгСIV ^56a>/6 12 3 4 5 6 76j 9 Ю П )2 /3 U tiL	LEJГ	Рис 40 Кинематический расчет коротки скоростей:а—структурная сетка; 6 — графин чисел ооорогш». « - схема короокь «.кироетеб100
Зэтап — построение графика чисел Обо¬
ротовДля построения графика чисел оборотов необходимо в каждом
из соотношений (а) выбрать одно передаточное число, тогда опре¬
делятся и все остальные значения.Выбор / должен производиться так, чтобы его значения не вы¬
ходили за допускаемые пределы ^ < i <; 2 j . Наибольшее расхожде¬
ние имеют лучи i7 и i8. Если, например, принять /7 = 1, то /8= —— ,6,25что недопустимо. Поэтому выберем /7 = ф2 = 1,68, тогда iB == i. = JL9» 4 еВ этом случае оба передаточных отношения будут находиться
в допустимых пределах. Приемлемы также значения i7 = <р3 =2Для передачи с L и /6 можно принять /6 = 1, тогда /в = — =	<Р4 2,5находится в допустимых пределах, причем имеется запас редук¬
ции. Для того чтобы ведущие передачи находились в области боль¬
ших чисел оборотов, можно принять /6 = — = -i-, тогда =*? 1,26_ J_ _ 1
~ ср5 ~ 3,16 ‘Для первой двухваловой передачи можно принять ix = 1, тогда• — JL = _!_• • = JL — _L - = _L = JLh ср 1,25’ Гз <f3 1,58 4 срЗ 2 •В соответствии с этими передаточными отношениями на рис.
40, б построен график чисел оборотов. Число оборотов приводного
(2-го) вала соответствует п15 = 500 об/мин шпинделя. Поэтому /0 =500 1	. •== — = _ —передаточное отношение ременной передачи от элект¬
родвигателя к приводному валу коробки скоростей.При написании передаточных чисел замедлительных передачудобнее выражать их не в виде десятичных дробей, а как — .4 этап — определение чисел зубьев шес¬
теренДля определения чисел зубьев шестерен пользуемся таблицей5,	отыскивая такое значение 2 z для каждой элементарной двухва¬
ловой передачи, которое обеспечивает требуемые значения i и имеет
Zmin>18. Результаты сводим в табл. 7.Эти числа зубьев обозначены на схеме коробки скоростей
рис. 40, в. Следует обратить внимание, что для замедлительных101
Таблица 711h=1 1,261h=a 1,581'«-211,261h “ 3,161,58-7Zi i z227 : 2724:3021:3318*3633i4218:5755:3518:72Hz54 | 7590/'передач вначале идет шестерня с меньшим числом зубьев, а для
ускорительных (i > 1) — ведущая шестерня имеет большее г.Определением чисел зубьев шестерен и построением ориентиро¬
вочной кинематической схемы передач и заканчивается кинемати¬
ческий расчет.Последний этап — силовые расчеты эле¬
ментов коробок скоростей, определение модуля зуб¬
чатых передач, выбор подшипников, расчет диаметров валов, раз¬
мер муфт и т. д. и окончательное конструктивное оформление узла.
Указания по силовым расчетам рассмотрены в § 3 этой главы.§ 2. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КОРОБОК СКОРОСТЕЙ1.	Конструктивное оформление коробок скоростейКонструктивное оформление и расположение узла коробки ско¬
ростей на станке весьма разнообразно.В токарных, шлифовальных, расточных и других станках ко¬
робка скоростей выполняется в виде самостоятельного узла, корпус
которой либо неподвижно закреплен на станине, либо может пере¬
мещаться по направляющим. Такая компоновка одного из наиболее
ответственных узлов станка удобна с точки зрения его изготовле¬
ния, особенно при поточных методах производства. Так, например,
при выпуске токарных станков 1К62 на заводе «Красный пролета¬
рий» коробка скоростей не только полностью изготовляется на по¬
токе как самостоятельный узел, но и отдельно от станка испыты¬
вается, обкатывается и окрашивается и в готовом виде монтирует¬
ся на сгапок.В некоторых случаях применяют так называемую моноблочную
конструкцию, когда корпус коробки скоростей отлит за одно целое
со станиной (см. рис. 102). Хотя это и увеличивает жесткость кон¬
струкции, но менее удобно при изготовлении и монтаже. Доволь¬
но часто в одном корпусе объединяются механизмы коробки скорос¬
тей с приводом подач или другими механизмами. Например, короб-102
ка скоростей радиально-сверлильного станка включает и прицвд
подачи шпинделя.Во многих моделях станков привод скоростей состоит из отдель¬
ных узлов, причем часто оформляются в самостоятельный узел
приводной редуктор и узел шпинделя.При изготовлении коробки скоростей в виде самостоятельного уз¬
ла ее корпус может быть выполнен с разъемом по оси всех валов
(рис. 41, нижний). Хотя это удобно с точки зрения монтажа валов,
которые можно заранее собрать в виде самостоятельных узлов, но
приводит к большим габаритам коробки. Более компактной полу¬
чается неразъемный корпус (рис. 41, верхний) с осевым монтажом
всех валов. Такая конструкция является
наиболее распространенной. Иногда це¬
лесообразно обеспечить возможность
монтажа узла шпинделя в собранном сос¬
тоянии, а остальные валы с шестернями,
муфтами, подшипниками и т. п. монти-скоростей на станине необходимо не
только обеспечить достаточную жест¬
кость, но и иметь возможность точно
выверить положение шпинделя короб¬
ки скоростей по отношению к направ- \
ляющим суппорта или стола. Чаще при¬
меняется крепление коробки скоростейК базовым поверхностям (направляю- Рис. 41; Расположение валов
щим), обеспечивающим ее точное поло- в к0Р°бках скоростей
жение. В ряде случаев применяютсярегулировочные винты, которые, позволяют более легко выверять
положение шпинделя.Все передачи и подшипники коробки скоростей должны надеж¬
но смазываться (см. гл. 14, § 2). При проектировании корвбки сле¬
дует стремиться к наименьшим габаритам передач. Расположение
шестерен по длине наиболее целесообразно производить так, чтобы
не требовалось длинного вала для включения шестерен. При пере¬
мещении блоков шестерен можно иметь «узкий» и «широкий» вариант
(рис. 42, а, б).ровать, как в предыдущем случае.При креплении корпуса коробкиб~ ,	«VРис. 42. Расположение шестерен по длине в коробках скоростей103
т^йРис. 43. Развертка — а и
график чисел оборотов —6
коробки скоростей универ¬
сального горизонтальнофре¬
зерного станка 6Н82U7 В случае применения тройного блока шестерен необходимо,
чтобы крайние шестерни гг и г2 были меньше центральной шестер¬
ни г* настолько, чтобы при переключениях не задевать малую шес¬терню второго вала.Для этого надо, чтобы (рис. 42, г)_ О	tllZ\ mz2^-Гъ^>Лт или———-
2104
387.5
>2т9 откуда гл — г2>*4» Таким образом, для переключения трой¬
ного блока его шестерни должны отличаться по крайней мере на
4 зубца.2.	Коробки скоростей
с передвижными блоками шестерен
и фрикционными муфтамиКоробки скоростей данного типа получили наибольшее распро¬
странение. Многие коробки скоростей станков по своей структуре
построены по тем «классическим» принципам, которые изложены в
предыдущем параграфе.Например, на рис. 43 показана развертка и график числа обо¬
ротов коробки скоростей универсального горизонтальнофрезерного
станка 6Н82. Коробка скоростей обеспечивает 2 = 3 хЗ Х2 =
= 18 скоростей Сф=1,26 и имеет два передвижных тройных блока
шестерен и один двойной блок. График чисел оборотов веерообраз-
ный. Блоки шестерен перемещаются по шлицевым валам. Привод
коробки скоростей осуществляется от асинхронного электродвига¬
теля мощностью 7 кет.В ряде случаев при проектировании коробок скоростей не ис¬
пользуют все то число скоростей, которое дает структурная сетка,
а применяют передачу с «перекрытием» скоростей.Г),-!Ь50б5/мин.s/5 т г о о то 2000Рис. 46. График чисел оборотов станка 1К62Например, на рис. 44, а приведена схема коробки скоростей то¬
карного станка 1Д63. Судя по схеме, коробка должна обеспечить г =
*=2 хЗх2х2 = 24 скорости. Однако в станке имеется лишь 18
скоростей, расположенных по геометрическому ряду со знаменате¬
лем <р =* 1,26.Проанализируем структурную сетку для этого случая. При вееро¬
образном варианте лучи последней передачи должны расходитьсяна ф2,3*2 = ф11 = 16. Это означает, что если замедление i — ~4то ускорение < - 4, что не может быть осуществлено одной парой
шестерен. Поэтому надо либо ввести дополнительную пару шесте¬
рен и, следовательно, усложнить коробку, либо применить меньшее
передаточное отношение и, следовательно, потерять несколько ско¬
ростей.106
В станке принят второй вариант; на последней ступени расхож¬
дение лучей также фв = 4 (рис. 61, б) и в результате коробка имеет
z = 18 скоростей. Шесть скоростей перекрываются — их можно
получить двумя путями.Кроме того, две последние множительные передачи с ф3=(1,26)3=*
«= 2 используются в станке как звено увеличения шага для короб¬
ки подач.На рис. 45 (см. вклейку) показана развертка и конструктивные
разрезы коробки скоростей универсального токарного станка 1К62.
Кинематика привода аналогична ко¬
робке скоростей рассмотренного вы¬
ше станка 1Д63, но в данном случае
на шпинделе установлен двойной
блок шестерен и, кроме 18, можно
получить дополнительных 6 ско¬
ростей непосредственно от IV ва¬
ла. Из конструктивных соображе¬
ний передаточное отношение взя¬
то таковым, что получается 5 до¬
полнительных скоростей (одно чис¬
ло оборотов совпадает) и на стан¬
ке обеспечивается 23 скорости
шпинделя. График чисел оборотов
(рис. 46) показывает значение
передаточных отношений и чисел
оборотов, принятых в коробке скоростей. Фрикционная муфта,
установленная на ведущем валу коробки скоростей II, предназна¬
чена для реверса шпинделя, который имеет в два раза меньшее чис¬
ло обратных скоростей.Фрикционные муфты применяются в коробках не только для
реверса шпинделя, но и для переключения его скоростей. Например,
в автоматизированных токарно-револьверных, копировальнофре¬
зерных и других станках, где требуется частое переключение ско¬
ростей шпинделя, применяются фрикционные, в современных стан¬
ках — электромагнитные муфты.В коробках со ступенчатым регулированием скоростей на шпин¬
деле станка можно применять геометрический ряд не на всем диапа¬
зоне регулирования. Так как наиболее часто используются средние
скорости диапазона, то можно применять такие структурные вариан¬
ты, которые обеспечивают в средней части диапазона одно значе¬
ние ф, а по краям — другое. Например, в средней части ф1 = 1,26,
а по краям ф2 = фа = 1,58.Вариант графика чисел оборотов такой корябки на г = 4 X 2 X
Х2=16 скоростей приведен на рис. 47. В данном случае при том же
числе скоростей г диапазон регулирования больше, чем при распо¬
ложении всех скоростей по геометрическому ряду.Рис. 47. Вариант графика чисел
оборотов с неравномерным рядом107
3.	Коробки скоростей с переборамиДля увеличения редукции в последней множительной передаче
применяют переборы, в которых одна скорость ведущего и ведомо¬
го валов совпадает, а другая осуществляется двумя парами шесте¬
рен. Благодаря этому может быть достигнута большая редукция.
На рис. 48, а приведена простая коробка на 6 скоростей с перебором.Ведущий вал перебора 3 получает три различных скорости. От
этого вала эти три скорости либо непосредственно передаются на
шпиндель 5 при включенной кулачковой муфте, либо через две па¬
ры шестерен перебора 1г и /2. На рис. 48, б показан график чиселоборотов, из которого видно, что движение может миновать вал 4.где г0 — число скоростей ведущего вала перебора. Если оба пере¬
даточных отношения одинаковы, тоНа рис. 49 показан привод револьверного станка, обеспечиваю¬
щий 16 скоростей шпинделя. Редуктор, расположенный в нижней
части станка, имеет передвижной четырехвенцовый блок шестерен7,	благодаря чему могут быть получены четыре скорости, которые
через клиноременную передачу 2 передаются шпиндельной бабке.
Двойная фрикционная муфта 3 передает эти скорости либо через
вал перебора 4, либо непосредственно к переставным шестерням 5.
Затем через пару шестерен 6 вращение получает шпиндель станка7.	Пример конструктивного оформления передней бабки с перебором
приведен на рис. 50, где показана развертка коробки скоростей то¬
карного станка модели 1А616. Приводной шкив клиноременной4-Jа)Рис. 48. Схема коробки скоростей с переборомПередаточное отношение перебора tn=i1»L=— или в общемгйЗслучае(16)108
передачи имеет самостоятельные опоры, благодаря чему шпиндель
разгружен от натяжения ремня.Пример применения двойного перебора показан на рис. 51: а —
схема перебора; б — график чисел оборотов коробки скоростейРис. 49. Главный привод револьверного
станка с переборомкарусельного станка модели 1541. Коробка обеспечивает z = 18
скоростей планшайбы от 4 до 200 об/мин со знаменателем <р = 1,26.
Коробка скоростей состоит из двух частей. Первая с двумя пере¬
движными блоками обеспечивает 6 скоростей. Во второй части по¬
мещен двойной перебор, который имеет передаточные отношения, . ш	1	1	19 19 _*1 	 ^ -— 19.76 	 а — —— \ 1з —(1.26)6	4 ’	76 761	= 1(1.26)12	16Общий диапазон коробки скоростей Д = 50.
Рис. 50. Передняя бабка токарного станка с перебором модели 1А616
Муф/ПО т-$292 включения 10РМ03/У= 23к6тЛо=Н50 одАин5)¥-1.26 1‘1дПодор/минтоРис. 51. Схема коробки скоростей — а и график чисел оборотов — б
карусельного станка модели 1541 с двойным перебором
4.	Коробки скоростей с многоскоростными
и регулируемыми электродвигателямиПрименение в приводе многоскоростных и регулируемых элек¬
тродвигателей упрощает конструкцию коробки скоростей, облег¬
чает включение скоростей. Чтобы при ступенчатом регулировании
получить на шпинделе геометрический ряд чисел оборотов, ско¬
рости электродвигателя также должны располагаться по геометри¬
ческому ряду со стандартным значением <р. Различные числа оборо¬
тов асинхронных электродвигателей получаются путем переклю¬
чения полюсов и, как правило, дают геометрический ряд с <р = 2П I ш1=2*3*2-12<f<261 г 3 4 5 6 7 8 910 и /2Хп I т
2'~2*2*3=ЩРис. 52. Структурные* сетки для коробки скоростей с двухскорост¬
ным электродвигателемдля двухскоростных-электродвигателей почти всегда (3000/1500
сб/мин или 1500/750). Для трехскоростных электродвигателей гео¬
метрический ряд их скоростей имеет место лишь в отдельных слу¬
чаях (3000/1500/750), а для четырехскоростных — редко.Для получения нормальной структуры привода без перекрытия
чисел оборотов необходимо выбирать такой структурный вариант,
чтобы расхождение лучей, характеризующих скорости электродви¬
гателей, было 2 = ф'г. Поэтому в зависимости от выбранного ф бу¬
дет меняться и структурная сетка.Пусть, например, необходимо спроектировать коробку на 12
скоростей с двухскоростным электродвигателем (пэ = 3000/1500)
с ф = 1,26. Шесть скоростей получаем за счет коробки с передвиж¬
ными блоками шестерен и две — электродвигателем г = 2 х 3 X
X 2 ~ 12. Обычная веерообразная структура здесь не подходит,
так как в этом случае скорости электродвигателей должны были
бы иметь соотношение ф = 1,26. Расхождению лучей вначале на ф3 =II	I III= (1,26)3 = 2 удовлетворяет вариант 2x3x2 (рис. 52, а).Если коробка скоростей должна обеспечить ф = 1,41, то дан¬
ный вариант также не подходит и следует либо применить вариантII	III I	II 1 III2 X 3 X 2, либо изменить порядок скоростей: 2 X 2 X 3(рис. 52, б).112
2=4/; Мп=5; р=18” пробоеРис. 53. Развертка коробки скоростей расточного станка модели 2620
В обоих случаях расхождение лучей первой передачи также будет
2 = ф2 = (1,41)2. В качестве примера конструктивного оформле¬
ния коробки скоростей на рис. 53 показана развертка главного
привода расточного станка модели 2620 станкозавода им. Свердлова
(узел. шпинделя, рис. 99, кинематическая схема, рис. 203). При¬
вод осуществляется от двухскоростного электродвигателя с п =
1500/3000 об!мин мощностью 10 кет. Коробка скоростей имеет в пер¬
вой двухваловой передаче тройной блок шестерен (между валами
/ и //), а далее по две скорости между валами II—III и III—IV.
Это осуществляется тройным блоком шестерен, который заменяют
два двойных блока, благодаря
длинным шестерням z = 19 и2	= 48 и так подобранной шес¬
терне z = 60, что она сцепляет¬
ся с ведущим и ведомым валом и
может быть паразитной (так на¬
зываемая связанная шестерня).С IV вала движение может пере¬
даваться на планшайбу (от
z — 21) и на шпиндель (z = 30
и z = 47). Часть скоростей пе¬
рекрывается и шпиндель имеет
23 скорости с числом оборотов
от 12,5 до 1600 в минуту и
Ф - 1,26.В некоторых конструкциях
коробок скоростей применяется
несколько многоскоростных эле¬
ктродвигателей в сочетании с
планетарными передачами, что позволяет легко осуществлять
изменение чисел оборотов. На рис. 54 показана схема коробки на
4 скорости, примененная в некоторых чехословацких станках.Движение осуществляется от двух двухскоростных электро¬
двигателей с числами оборотов щ и Пц, один из которых вращает
водило с сателлитами планетарной передачи, другой — централь¬
ную шестерню.Число оборотов, сообщаемое ведомому валу (шпинделю) от
первого электродвигателя:„ =я, ./i .h- . h..	(17)*2 Z4Число оборотов, передаваемое от второго электродвигателя через
водило планетарной передачи:Лш2 = ЛИ**'» (! _ 17 • Т") •	^Рис. 54. Схема коробки скоростей с
двухскоростными электродвигателями
и планетарной передачей113
На шпинделе происходит суммирование этих скоростей:пт = пшг Л~пш2-	(19)Так как каждый из электродвигателей имеет две скорости, то шпин¬
дель получает 2 = 4 различные скорости.Если на валу каждого электродвигателя поставить тормоз с
электромагнитом и допускать работу и с одним электродвигате¬
лем, то получим коробку на 2 = 8 скоростей (г = 3 х 3 = 9, но
одна из скоростей шпинделя равна нулю, когда оба электродвига¬
теля стоят).Рассмотренная схема обеспечивает переключение скоростей на
ходу без муфт и поэтому более проста и долговечна. Хотя к. п. д.
электрической части и несколько ниже, чем в обычных случаях,
так как оба электродвигателя не могут быть загружены одновре¬
менно на полную мощность, но это снижение невелико (обычно не
больше 8%).Однако кинематическое проектирование таких коробок скорос¬
тей затруднено тем, что планетарная передача накладывает допол¬
нительные условия на выбор передаточных отношений. Поэтому
трудно точно выдержать стандартные значения <р, а иногда происхо¬
дит совпадение скоростей — например вместо z = 8 получаем
z = 7. Несмотря на эти трудности, рассмотренная коробка скорос¬
тей заслуживает внимания.Регулируемые электродвигатели постоянного тока для привода
главного движения применяются главным образом в тяжелых стан¬
ках, Широкий диапазон регулирования в современных тяжелых
станках, требования к плавному пуску и торможению главного
привода и преимущества бесступенчатого регулирования привели
к тому, что привод от регулируемого электродвигателя постоянно¬
го тока успешно конкурирует с приводом от асинхронного электро¬
двигателя в сочетании со сложной коробкой скоростей.К достоинствам привода на постоянном токе следует отнести
возможность бесступенчатого регулирования скоростей и упроще¬
ние механической части, когда применяется коробка скоростей на2	или 4 скорости вместо 18—24 в случае привода от асинхронного
двигателя. Кроме того, получаются меньшие габариты коробки,
упрощается управление и повышаются эксплуатационные харак¬
теристики механической части привода.Недостатками регулируемого электропривода постоянного тока
являются: усложнение электрической схемы и, следовательно,
уменьшение ее эксплуатационной надежности; значительное ухуд¬
шение энергетических показателей, особенно при наличии электро-
машинного агрегата для преобразования энергии; увеличение стои¬
мости габаритов и веса электрооборудования.Опыт отечественной практики показал, что подавляющее боль¬
шинство (до 95%) потребителей устанавливает индивидуальные
преобразовательные агрегаты (система генератор — двигатель)114
для питания тяжелых станков, считая это более выгодным, чем пи¬
тание их от сети постоянного тока, даже в случае наличия такой
сети на заводе [44].В последние годы привод от регулируемого электродвигателя
постоянного тока начинает применяться и для прецизионных стан¬
ков ‘средних размеров. Основное преимущество такого привода не
только в возможности осуществлять бесступенчатое регулирование
чисел оборотов шпинделя, но и в исключении зубчатых передач
основного источника вибраций при высоких числах оборотов. В
качестве примера на рис. 55 изображена схема привода шпинделякоординатнорасточного станка с управлением электродвигателем
от электронно-ионных регуляторов. Поскольку вся коробка скоро¬
стей состоит из двух плоскоременных передач, привод обеспечивает
спокойную безвибрационную работу шпинделя и удобное управле¬
ние.Коробки скоростей со сменными шестернями применяются обыч¬
но в станках для серийного производства. Сменные шестерни могут
быть или единственным звеном настройки, или применяться в со¬
четании с коробкой скоростей с передвижными блоками шестерен.Для настройки скоростной цепи чаще применяется однопарная
гитара сменных шестерен. Желательно все пары шестерен исполь
зовать 2 раза —как ускорительную передачу (0 и какзамедлитель-ную . ‘Поэтому, если нет в этом специальной необходимости,-I НРис. 55. Схема привода шпинделя ' Рис. 56. График чисел
координатнорасточного станка	оборотов для сменныхшестерен5.	Коробки скоростей со сменными шестернями
пару шестерен с i = 1 выполнять не следует, а подбирать переда¬
точные отношения при данном <р, исходя из симметричного графика
чисел оборотов (рис. 56), по формулам:JL	—	2п—\2	2
к = ? ; h = <р * • * •. in = v п •Значения передаточных отношений должны оставаться в реко¬
мендуемых пределах	* < 2 j, для чего следует выбирать соот¬
ветствующий структурный вариант. Так, при веерообразном грат
фике чисел оборотов сменные шестерни целесообразно помещать в
области более высоких чисел оборотов [4].6.	Коробки скоростей с фрикционными вариаторамиБесступенчатое регулирование скоростей может быть обеспе¬
чено путем применения фрикционных вариантов различных кон¬
струкций (см. главу 9, § 2). Вариатор может являться единствен¬
ным звеном изменения скоростей шпинделя, как это показано на
рис. 57 на примере привода шпинделя прецизионного токарного
станка модели С193. Станок предназначен для инструментальногопроизводства и приборо¬
строения и плавное бес¬
ступенчатое регулирование
скоростей шпинделя при
малых нагрузках и высо¬
ких числах оборотов ха¬
рактерно для данных ус¬
ловий работы.В этом случае диапа¬
зон регулирования станка
зависит только от диапа¬
зона регулирования вариа¬
тора. Этого не всегда дос-Рис. 57. Схема главного привода токарного таточно ДЛЯ универсаль-
стапка модели С-193 с бесступенчатым регу- НЫХ станков и расширение
лированием скоростей шпинделя	диапазона регулированиядостигается за счет приме¬
нения наряду с вариатором обычной коробки скоростей со сту¬
пенчатым регулированием.На рис. 58 приведена схема бесцентровошлифовального станка,
в котором от вариатора движение передается в двухскоростную ко¬
робку скоростей. Из графика чисел оборотов (рис. 59) видно, чтодиапазон регулирования вариатора Дв = может быть удвоен*mlnза счет коробки со ступенчатым регулированием. Так как перепад116
скоростей коробки может быть достаточно высок, одна из передач
от ведущего вала коробки к ведомому осуществляется двумя пара¬
ми шестерен id9. Соотношение между передаточными числами сту¬
пенчатой коробки скоростей должно удовлетворять условиюh — Д __ *'тах
^2*^з	*minРис. 58. Схема бесцентровошлифовального станка с бесступенчатым ре¬
гулированием скорости ведущего кругаРис. 59. График чисел оборотов при бесступенчатом регули-
д	рованииВ этом случае диапазон регулирования скоростей станка будет
Д= £пт=2ДВ данном диапазоне может быть установлена любая скорость
шпинделя, что условно показано на графике чисел оборотов.
Применение бесступенчатого регулирования привода главногоII/
движения станков является прогрессивным направлением в разви¬
тии конструкции коробок скоростей. Однако технико-экономичес¬
кие показатели коробки скоростей с бесступенчатым регулирова¬
нием в сильной степени зависят от конструкции вариатора, его дол¬
говечности, к. п. д., габаритов и других характеристик (см. главу 9).§ 3. СПЕЦИФИКА РАСЧЕТОВ ПЕРЕДАЧ И ДЕТАЛЕЙ
КОРОБОК СКОРОСТЕЙ*1.	Выбор расчетных усилий, действующих
в коробке скоростейДля расчета деталей и механизмов привода коробок скоростей —
шестерен, валов, подшипников, муфт и др. необходимо определить
действующие на них усилия.Внешними усилиями являются силы резания Р, приложенные
к изделию или инструменту, закрепленному в шпинделе, и силы на
приводном шкиве Q (если электродвигатель закреплен на корпусе
коробки). В местах закрепления корпуса коробки к станине воз¬
никают реакции. Во время работы станка крутящий момент на при¬
водном шкиве М уравновешивается крутящим моментом от сил
резания Мкр и моментами трения в кинематических парах Мтрп£=1ИЛИм‘р = -"я*. . /0)	(21)где 1% — общее передаточное отношение коробки скоростей;
iK — передаточное отношение от данной пары до шпинделя;
тг] — к. п. д. коробки скоростей.Возникающие внутренние силы и реакции в подшипниках, на
аубцах шестерен, в муфтах и т. д. являются производными этих
внешних сил и образуют для каждого элемента систему сил, слу¬
жащих для его расчета (см., например, рис. 60).Подсчет сил резания производится по зависимостям теории ре-
вания металлов или определяется на основании эксперименталь¬
ных данных.Трудность выбора расчетных усилий заключается в том, что
на данном станке, как правило, осуществляются разнообразные
технологические процессы.Поэтому можно применять два метода определения внешних
сил.*	Расчет шпинделей см. главу 5, корпусов —■ главу 6 и механизмов —
главу 9.118
1.	Выбрать эффективный технологический процесс (т. е. процесс
с высокими режимами обработки), характерный для данного стан¬
ка, и для него определить усилия резания, принимая их в качестве
расчетных.2.	Ограничить возмож¬
ности станка определенным
значением мощности глав¬
ного привода, считая, что
детали, требующие по тех¬
нологическому процессу
больших мощностей реза¬
ния, будут обрабатываться
на другом типоразмере (на
другой модели) станка.Этот метод целесообраз¬
но применять при проек¬
тировании ряда (гаммы)
станков данного типа.Усилия резания опре¬
делят крутящий момент(22)Рис. 60. Силы, действующие на зубчатые
колеса, и опоры вала коробки скоростейи необходимую эффективную мощность резанияМ,р-п97 400квту(22, а)где М (кГсм) и п об/мин.Мощность на шпинделе при регулировании чисел оборотов шпин¬
деля целесообразно иметь одинаковую. Поэтому N = const и при
Щ. = Пт\п получим максимальный крутящий моментМтах = 97 т±{кГсм).(23)При большом диапазоне регулировании Д определение крутя¬
щего момента по минимальному числу оборотов шпинделя приведет
к увеличенным габаритам коробки, так как размеры шестерен и
других деталей непосредственно зависят от Мкр. Поэтому для опре¬
деления крутящих моментов в коробках скоростей универсальных
станков в качестве расчетного числа оборотов часто берут не лт1п,а лр = Пт\п VH и по нему подсчитывают Л/кр. В этом случае на 3/4 ди¬
апазона регулирование чисел оборотов будет производиться с посто¬
янной мощностью, а на — нижних чисел оборотов — с постоянным4крутящим моментом, который ограничивается не мощностью элек¬
тродвигателя, а прочностью или долговечностью деталей привода
(рис. 61). Следовательно, на ниЖних числах оборотов нужно вести
обработку с меньшими усилиями резания.1Г>
Однако такое ограничение позволяет сократить габариты при¬
вода и поэтому его следует признать целесообразным, тем более,
что чаще используется средняя часть диапазона чисел оборотов.В станках с частыми пусками и остановками шпинделя необ¬
ходимо учитывать инерционные воздействия, которые могут зна¬
чительно превышать момент,
приложенный в двигателе. Оп¬
ределение динамических нагру¬
зок в приводе является слож¬
ной задачей, так как на пере¬
ходные процессы влияет целый
ряд факторов (жесткость, силы
трения, характеристика двига¬
теля и др.). В период пуска и
торможения привод в первом
приближении можно рассматри¬
вать как упругую систему с мас¬
сами на концах (рис. 62). Если
обозначить через Jx и Уа приведенные моменты инерции двигателя
и рабочего органа (шпинделя) станка, — момент двигателя и
М2—момент сопротивления, от сил трения, то можно написатьРис. 62. Расчетная схема для определения инерционных нагрузок
в приводе — а и изменение крутящего момента в приводе в пери¬
од пуска -г- 6МкрРис. 61. Изменения крутящего мо¬
мента и мощности в приводе главного
движения универсального станка120
общие дифференциальные уравнения движения для двигателя и
рабочего органа станка:Л •?,”+*(?!— tPs) = 'Wi I	(24)«V'P,”— £(<Pi — ъ) = — Мг (•
где k — жесткость привода;<Pi и Фа — мгновенные угловые перемещения двигателя и ведо¬
мого звена;
ф = — фа — угол закручивания привода.Данные уравнения не учитывают затухания в упругой системе
привода.Если вычесть из первого уравнения второе, получим:. у1,у« .. ф"4-&.ф= Mi-J« + AfWi	/25)Ji+Jt	Ji+ItРешение этого общего уравнения производится в зависимости
от начальных условий, которые назначаются, исходя из условий
пуска или торможения.При пуске шпиндель или стол станка за некоторый промежу¬
ток времени изменяет скорость движения от нуля до установивше¬
гося значения (ш — при вращении).Начальные условия при пуске будут при t^Oф = 0 и f = 0.Характер движения при разгоне зависит также от моментоз
М19 который зависит от механической характеристики двигателя,
и M2t который определяется природой сил сопротивления (сил тре¬
ния) в элементах привода.Решение дифференциального уравнения (25) с учетом указан¬
ных начальных условий будет:. • J<% -j-	/1	j\	/ог\♦ = 	М/ I М • (1 — COS 0)/).	(26)£ («/1 -+■ Ji)Возникающий в упругой системе момент будет М = k * <[>.Его максимальное значение будет при ш/ = я:А/Г _ О ^1^2 +	/O'/Ч, • \£<)
J1 -\-J2График изменения крутящего момента в период пуска с учетом
затухания в системе показан на рис. 62, б.Если считать, что момент инерции Jt значительно больше Ju
«гго часто имеет место в главном приводе тяжелых станков, то при¬
няв = 0, получим, чтоМта = 2М.	' (27, а)Таким образом, при переходных процессах (пуск, торможение,
реверс) динамические нагрузки в главном приводе могут достига й.I 'I
значительных величин [2] и их надо учитывать особенно для стан¬
ков с частыми включениями привода.Для станков с периодически изменяющимися усилиями реза¬
ния таких, как фрезерные, протяжные, строгальные и пр., дина¬
мические нагрузки на детали коробки скоростей действуют также
и в период обработки. Например, для фрезерных станков крутящий
момент от сил резания, приложенный на шпинделе, будет являться
некоторой функцией времени Мкр = / (/).'Эта функция определяет¬
ся характером фрезерования.Если зубцы врезаются в металл с нулевой толщиной стружки,
то нарастание Мкр происходит постепенно. Если при врезании зуба
сразу происходит снятие некоторой толщины металла, то будет
иметь место удар — мгновенный скачок Мкр. Практически возрас¬
тание Мкр происходит не мгновенно, а за некоторый промежуток
времени. Если теоретически или экспериментально установлен
характер функции М (t), то на основании исследования возникаю¬
щих крутильных колебаний можно установить значения крутя¬
щих моментов, учитывающих динамику процесса резания.Для этой цели следует составить дифференциальные уравнения,
аналогичные рассмотренным [24], где вместо момента сопротивле¬
ния от сил трения будет фигурировать момент от сил резания как
фукция зремени М (t). Исследования решений для этого случая
применительно к фрезерным станкам показали [58], что возраста¬
ние усилий от динамического характера нагрузок следует учиты¬
вать при числе оборотов шпинделя п > 500 об/мин.При п = 1600 об!мин, при торцовом фрезеровании на вертикаль-
яофрезерном станке модели 6П12, Мтах превосходит Мср в 1,8 раза
при зубчатом приводе на шпиндель и в 1,6 — при ременной пере¬
даче.Динамическую поправку на действующие номинальные нагруз¬
ки следует производить при расчетах деталей и передач быстроход¬
ных коробок скоростей.Как было сказано выше, динамическая нагрузка в приводе
станка зависит от ряда факторов, в том числе и от значений приве¬
денного момента инерции вращающихся масс. Значение приведен¬
ного к данному валу момента инерции Jп можно подсчитать, если
известны моменты инерции отдельных участков кинематической
цепи привода JK и числа оборотов этих участков пк :2.	Влияние структуры
и конструкции коробки скоростей
на возникающие динамические нагрузкип(28)122
где п0 — число оборотов вала, к которому приводятся вращающие¬
ся массы (вал двигателя, приводной вал).Поскольку шпиндель станка может иметь различные числа обо¬
ротов, то изменяется и приведенный к ведущему валу момент инер¬
ции.Чем больше число оборотов шпинделя, тем выше и приведен¬
ный момент инерции. Однако эта закономерность нарушается при9(т т т w ъ£0 900 то ш
62 80101 167 250 405 657 1225 2000Число оборотоб шпинделя д мин.Рис. 63. Зависимость приведенных моментов инерции
от числа оборотов шпинделя для токарных станков
моделей 1А616 (кривая 1) u 1К62 (кривая 2)включении различных кинематических цепей. В качестве примера
на рис. 63 показаны кривые изменения приведенных моментов инер¬
ции масс привода главного движения для токарных станков моде¬
лей 1К62 (см. рис. 45) и 1А616 (рис. 50) [3].Включение чисел оборотов шпинделя через перебор нарушает
монотонность повышения приведенных моментов инерции. Посколь¬
ку в коробке скоростей станка 1А616 передача идет либо прямо,
либо через перебор, на графике приведенных моментов имеется два
участка. У станка 1К62, помимо передачи на шпиндель через шестер¬
ню шпинделя г = 40 (см. рис. 45), имеются три варианта положе¬
ний шестерен в переборной группе. Поэтому график приведенного123
момента в функции числа оборотов для коробки скоростей станка
1К62 имеет четыре участка. Это указывает на зависимость динами¬
ческих характеристик привода от его структуры. Для выбора опти¬
мальных параметров необходим анализ возникающих нагрузок на
всем диапазоне включаемых скоростей.Определенной характеристикой динамических параметров шпин¬
деля может служить условное ускорение /у, подсчитанное как отно¬
шение номинального момента электродвигателя (Л1н) к приведен¬
ному значению момента инерции масс привода (/п):Чем больше /у, тем лучше динамические параметры привода.
Например, как показали расчеты [3], значения /у при передаче через
перебор для станка 1К62 выше, чем для 1А616. Это говорит о том,
что увеличение количества скоростей шпинделя, получаемых через
передачи типа перебора (как это сделано у станка 1К62), позволит
снизить время разгона и динамическую нагрузку в переходный пе¬
риод.Существенное влияние на динамические нагрузки в приводе глав¬
ного движения оказывает метод включения скоростей и реверсиро¬
вание шпинделя. В станке 1А616 включение осуществляется за счет
электродвигателя, а в станке 1К62 — при помощи фрикционной
муфты.При характеристике динамических нагрузок в приводе следует
учитывать, что за переходный период крутящий момент изменяется
по некоторой зависимости и принимает максимальные значения, а
также имеет кратковременные (импульсные) скачки. Наиболее пол¬
ные характеристики динамических моментов могут быть получены
экспериментально при осциллографировании переходных процес¬
сов.Однако применение дифференциальных уравнений движения
привода в период включения позволит оценить величину и харак¬
тер динамических моментов в период разгона и торможения. По
данным Андрушевича Ю. М., для приводов с приведенным момен¬
том инерции разгоняемых массг в несколько раз превышающим мо¬
мент инерции ротора двигателя (при пуске включением электродви¬
гателя), расчет нагрузки в переходный период может быть произ¬
веден но среднему моменту Мср за время разгона.Значение Мср изменяется в зависимости от включенных кинема¬
тических цепей и в первом приближении могут быть приняты сле¬
дующие его значения в функции номинального момента электродви¬
гателя Ма:Мср = 3 Мн — для повышающих передач;Мср = 2 Мн — для повышающих передач и последней понижаю¬
щей;124
Мср = 1,5 Мн — для одной повышающей и остальных понижа¬
ющих передач;Мор = Мн — для понижающих передач.Для станков средних размеров более целесообразно включение
шпинделя при более низком диапазоне скоростей производить фрик¬
ционной муфтой, а на высоких ступенях—за счет электродвигателя.
Для токарных станков граница целесообразности применения этих
вариантов включения шпинделя станка находится при пшп =—	1000—1230 об!мин.Существенное снижение динамических нагрузок происходит
при применении облегченных конструкций шкивов (из легких спла¬
вов или пластмасс), особенно для раздельного привода (см. рис, 50).Отсутствие повышающих передач на шпиндель способствует
более плавной его работе в условиях переходных процессов, что
особенно важно для высокоточных станков. Таким образом, струк¬
тура и конструктивные особенности коробки скоростей должны учи¬
тывать динамические процессы в приводе, особенно при режимах
работы с частыми включениями станка.3.	Указания по расчету зубчатых передачЗубчатые колеса являются основным видом передач коробок ско¬
ростей, и от их габаритов и качества, выполнения во многом зави¬
сят размеры и эксплуатационные характеристики всей коробки ско¬
ростей. Расчет зубчатых колес ведется в основном теми же метода¬
ми, которые рассматриваются в курсе деталей машин.Однако при расчете зубчатых передач станков модуль определяет¬
ся не только исходя из прочности зуба на изгиб тизг , ко и из уста¬
лости поверхностных слоев тпов.Например, для стальных прямозубых колес формулы для опре¬
деления модуля имеют вид:где адоп и RB (кПмм2)—допустимые напряжения для контактнойнагрузки и на изгиб (см. гл. 2, § 2);N = Л/э- т] (л. с.) — номинальная передаваемая мощность (Nэ—	мощность электродвигателя, i\ — к. п. д.
передачи от электродвигателя до рассчи-
тываемой тестер ни);
п (об/мин) — минимальное число оборотов шеетгрии
(малого колеса), при котором перидасчч’ч
полная мощность;
у—коэффициент формы зуба (при -z = 18^-50
У = 0,1-г0,13);
z — число зубьев шестерни;i	— передаточное число (i ^ 1).В коробках скоростей размер шестерен в большинстве случаев
определяется контактными напряжениями. Специфика расчета, по
сравнению с принятыми в курсе деталей машин, заключается в том,
что число зубьев z известно из кинематического расчета. Поэтомуопределяется модуль /ппов, а не межцентровое расстояние А =-~?т.Полученные значения модуля округляются до стандартных зна¬
чений, принятых в станкостроении:
т = 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 13; 16. (мм)Коэффициент ширины берется равнымФ = — = (6 + 10).тКоэффициенты kx и &2 учитывают изменение нагрузки на зуб шес¬
терни по сравнению с ее номинальным значением:
для контактных напряжений kx = kR knOB;
для напряжения изгиба кг = £д,
где £д — динамический коэффициент;kn0B— коэффициент долговечности шестерен (см. стр. 40).
Коэффициент долговечности зубчатых передач knOB > 1 вводит¬
ся в том случае, если требуется рассчитать передачу на ограничен¬
ный срок службы с учетом переменности режима работы шестерен.
Это относится, как правило, к скоростным силовым передачам, у
которых критерий работоспособности — усталость поверхностных
слоев зубьев. В формуле (15) гл. 2 для подсчета k = kn0B при¬
нимается: 7" = 10 000-^-12 000 час. Коэффициент kn, учитывающий
переменность чисел оборотов, находится обычно в пределах kn =
=0,5-f-l и выбирается по графикам в зависимости от диапазона регу¬
лирования данной ступени Д\В первом приближении можно принимать:
при Дг ~ 1 2 4 8 16 32 64
kn = 1 0,82 0,7 0,65 0,6 0,55 0,53
Динамический коэффициент Кд учитывает дополнительную на¬
грузку на зубья шестерен, вызываемую ударами при входе зуба в
зацеплениеК =	= 1 + 7Г ’	<31>гн	игде Рн и Рд — номинальная и динамическая нагрузка.126
В станкостроении часто пользуются обратной величиной — ско¬
ростным коэффициентом kv = ~ .дДинамическая нагрузка зависит прежде всего от окружной ско¬
рости щестерни v0 м/сек и ошибки в шаге колес Д (мк).Можно пользоваться следующей формулой А. И. Петрусевича:Рд = 0,025.tv Ь у Л (А-5) (КГ),	(32)где b (мм) — ширина шестерни;А (мм) — межцентровое расстояние.Величина отклонения основного шага А от номинала зависит
от степени точности зубчатых колес и, согласно ГОСТ 1643—56,
для модуля т = 2,5-^-6 мм имеет следующие значения:для 6 степени точности	Д = 11 мк,» 7 » »	Д = 18 мк9» 8 » »	Д = 28 мк.В коробках скоростей обычно применяются зубчатые передачи
7-ой (реже 6-ой) степени точности.Подсчет динамического коэффициента £д следует производить
лишь для быстроходных шестерен с окружной скоростью не ниже
vg = 3 м/сек.Так как окружные скорости шестерен зависят от числа оборотов
и диаметра, то для скоростных передач целесообразно применять
шестерни с высоким значением допускаемых напряжений (цементи¬
рованные, закаленные) с тем, чтобы они имели минимальные раз¬
меры.Формула для подсчета динамических нагрузок дает лишь при»
ближенное их значение. В действительности явления имеют более
сложный характер. Исследования показали, что £д зависит не толь¬
ко от окружной скорости, но и от величины статической (номиналь¬
ной) нагрузки.Резкое возрастание динамических нагрузок наблюдается в об¬
ласти малых нагрузок. Интересно отметить также, что ошибки за¬
цепления Д не остаются постоянными в процессе эксплуатации.Вследствие износа и смятия от ударов они постепенно уменьша¬
ются и примерно через 4—5 млн циклов нагружения принимают
установившееся значение.Со значением динамического коэффициента связан также шум
в зубчатых передачах.При выборе допускаемого напряжения следует учитывать
следующие значения эффективного коэффициента концентрации
напряжений kg : для нормализованных и улучшенных колес kQ ^
1,8; для закаленных—ko = 2 и для цементированных — ka ^
1,2. Цементация — один из лучших видов химико-термической об¬
работки для скоростных шестерен с динамической нагрузкой.127
4.	Указания по расчету валов и подшипников
коробок скоростейДля расчета валов и подшипников необходимо в первую оче¬
редь определить силы, действующие на валы и опоры от зубчатых
колес, и составить расчетную схему. При зацеплении зубчатых ко¬
лес на их зубьях действует окружная^ (тангенциальная) сила Р0
и распорная (радиальная) Рг, а в косозубых колесах — также и осе¬
вая сила. Окружная сила определяется по мощности или моменту,Рис. 64. Взаимный поворот зубчатых рассматриваются как балки начаю для валов коробок скоростей, когда в каждой опоре уста¬
новлен один подшипник качения.Если на валу расположено несколько поочередно работающих
шестерен, то необходимо выяснить, в каком случае имеют место
наибольшие нагрузки на опоры и наибольший изгибающий момент
на валу. Для этого иногда приходится производить расчет при
нескольких включениях.Расчет валов на прочность производится обычными методами,
известными из курсов «Сопротивления материалов» и «Детали ма¬
шин», с учетом, что в сечении действуют знакопеременные изгибаю¬
щие моменты и постоянный крутящий момент, если не учитывать
крутильных колебаний.Для длинных валов может возникнуть опасность их взаимно¬
го поворота на такой угол ф, при котором произойдет раскры¬
тие стыка в зубчатых колесах.В этом случае необходимо произвести проверку валов на жест¬
кость. Максимально допустимый угол взаимного наклона валов
Фтах из условия правильной работы зубчатой пары (рис. 64) опреде¬
ляется но формуле [70],которые передаются шестерней,
причем принимается максималь¬
ное длительно действующее их
значение. Пример расчетной схе¬
мы показан на рис. 60.Для расчета вала и его под¬
шипников определяются проек¬
ции всех действующих сил в
двух взаимно перпендикуляр¬
ных плоскостях. Валы обычноколес из-за прогиба валашарнирных опорах, что соответ¬
ствует наиболее типичному слу-тах(33)где Р (кГ) — расчетная нагрузка на зуб шестерни;
Ь (мм) — ширина зуба шестерни.128
Необходимо,' чтобы ф| + Фа < Фтах» ГДе Ф1 И фа—углы на-
клона валов в местах закрепления шестерен.При расчете' подшипников нагрузки на подшипники определя¬
ются как опорные реакции R при соответствующих режимах рабо¬
ты. При наличии осевой нагрузки А последняя учитывается обыч¬
ными способами при определении эквивалентной радиальной наг¬
рузки Q1 = / (R ; А) для различных типов подшипников. При оп¬
ределении расчетной нагрузки Qp учитывается коэффициент дина¬
мичности нагрузки (&д); Qp = к/ • • Q. Значение kR можно при¬
нимать из условия, что половина силы удара в шестернях передает¬
ся подшипникам. В этом случае= 0,5 (Лд + 1),	(34)где &д — динамический коэффициент для зубчатых колес.Окружные скорости (отнесенные к шейке вала) не должны пре¬
восходить определенного предела, например 15—25 м/сек для ша¬
рикоподшипников и 7,5 м/сек для роликоподшипников легкой серии.
В противном случае может быть снижение расчетной долговечности
подшипника.При расчете подшипников коробок скоростей их срок службы
должен быть не ниже Т = 5000 час. Если по конструктивным сооб¬
ражениям приходится ставить подшипник меньших размеров, то
необходимо обеспечить его быстросменность.Полученные нагрузки и реакции в валах и опорах используют¬
ся также для расчетов шлицов, шпонок, гаек, втулок и других де¬
талей и их элементов коробок скоростей.Глава 4
КОРОБКИ ПОДАЧ§ 1. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПЕРЕДАЧИ КОРОБОК ПОДАЧ1.	Назначение коробок подач и требования к их
передачамКинематические и силовые характеристики коробки подач дол¬
жны обеспечить требуемые значения величин подач и усилий подачи
при обработке на станке различных деталей.В отличие от коробок скоростей коробки подач во многих слу¬
чаях должны не только обеспечить требуемые режимы обработки,
но и получать данный ряд точных передаточных отношений, ко¬
торый зависит от конфигурации обрабатываемой детали. Например,
при нарезании резьб подачи зависят от шагов нарезаемых резьб.5 Заказ 152
Величины подачS, связанные с режимом обработки, вычисляют¬
ся в мм на оборот шпинделя (мм/об), в мм в минуту (мм/мин) или
в мм на один двойной ход стола (мм/дв. ход).Соответственно коробка подач получает свой привод от шпинде¬
ля станка, от отдельного электродвигателя или ведущего вала ко¬
робки скоростей и при периодических подачах от стола или ползу¬
на, совершающего возвратно-поступательное движение.Коробки подач, предназначенные для- получения точных пере¬
даточных отношений между перемещениями инструмента и заготов¬
ки, получают движение от шпинделя станка и не содержат передач
с гибкой связью.Значения подач должны обеспечить требуемую чистоту поверх¬
ности, а также высокую стойкость инструмента и производитель¬
ность станка. На стойкость инструмента главное влияние оказы¬
вает скорость резания, а не подача, поэтому главным критерием
для выбора последней является качество обработанной поверхности.При обработке различных деталей на универсальных станках
подачи в общем случае также целесообразно располагать по геомет¬
рическому ряду, а диапазон регулирования подач определять какЛ=|255-.	0)ominДиапазон регулирования подач и число ступеней коробок подач
для универсальных станков примерно того же порядка, что и для
главного движения, а для токарно-винторезных —несколько выше.Численные значения величин подач, которые являются скоро¬
стью перемещения суппорта или стола станка, как правило, зна¬
чительно меньше, чем скорости резания. Поэтому привод подач
характеризуется низкими скоростями в передачах и механизмах
и большой редукцией.Привод подач должен обеспечить преодоление составляющей
усилия резания Рх.Значение Рх связано с величиной подачи S степенной зависи¬
мостью Px=CSyp , где численные значения коэффициентов С и ур
изучаются в курсе «Резание металлов» [20]. Например, при точе¬
нии и фрезеровании сталей ур = 0,65 -г 0,8. При обработке деталей
различных размеров величина подачи и передаточное отношение
коробки подач, как правило, не связаны с размером (диаметром)
обрабатываемого изделия. Если в коробках скоростей было жела¬
тельно производить регулирование скоростей с постоянной мощ¬
ностью (см. гл. 3, § 1), то в коробках подач такого условия нет.Поэтому в коробках подач имеются более широкие возможности
,по применению регулируемых электродвигателей постоянного тока,
которые обеспечивают при регулировании постоянный крутящий
момент.Таким образом, характерными требованиями, предъявляемыми
к передачам коробок подач, по сравнению с коробками скоростей,130
являются тихоходность передач, большая редукция, необходимость
обеспечить для некоторых типов станков точных передаточных от¬
ношений, возможность осуществлять регулирование сМк р = const.Поэтому и к элементарным двухваловым передачам, из которых
образуются сложные коробки подач, предъявляются специфичные
требования.Кроме передач, рассмотренных в главе 3 (коробки скоростей),
в коробках подач применяются специальные типы элементарных
двухваловых передач. Эти передачи, как правило, более тихоход¬
ны, обладают более низким к. п. д. и малой жесткостью, но в ки¬
нематическом отношении могут обеспечивать большее число ско¬
ростей, а в некоторых случаях и большие передаточные отношения.
Для коробок подач, работающих, как правило, в области низких
чисел оборотов шпинделя, такие передачи вполне пригодны.Элементарные передачи коробок подач по своей кинематичес¬
кой характеристике могут быть двух типов: 1) передачи, обеспечи¬
вающие получение данного ряда передаточных отношений; 2) мно¬
жительные передачи с передаточными отношениями кратными 2,
т. е. удваивающие полученные числа оборотов.2.	Передачи со ступенчатым конусом шестерена)	Конус с накидной шестерней (переда¬
ча Н о р т о н а). На рис. 65 показана схема данной передачи, ко¬
торая широко распространена в токарно-винторезных станках.Шестерня z0 через паразитную шестерню
может последовательно зацепляться с зубча-	z,I-Iтыми колесами конуса zx\ г2;...; гп • Так
как в данном случае нет необходимости вы¬
держивать 2z, легко можно получить тре¬
буемый ряд передаточных отношений.Конус может быть как ведущим, так и
ведомым в зависимости от значения переда¬
точных отношений, которые необходимо осу¬
ществить. Например, если данный механизм
включен в коробку подач винторезного стан¬
ка, то передаточные отношения должныбыть пропорциональны величине i= —, где^хв*н> ^х• в — шаги нарезаемой резьбы и ходо¬
вого винта станка.Так как шаги нарезаемой резьбы различны: tH ; /„2, то переда¬
точные отношения конуса будут соответственно равныZ1 . - 	» *2	*0 *0Рис. 65. Конус, с на¬
кидной шестернейИ т. д.5*
132Рис. 66. Конус с вытяжной шпонкой
Эти передаточные отношения легко осуществить за счет подбора
числа зубцов конуса. Следовательно, при нарезании метрических
резьб конус должен быть ведущим, а его числа зубцов пропорцио¬
нальны шагам нарезаемых резьб.Дюймовая резьба характеризуется числом ниток на дюйм — ве-25 4личиной, обратно пропорциональной шагу tH =	-— мм.ZH2Поэтому передаточные отношения пропорциональны i = — ,где гн и 2Х.В —число ниток на дюйм нарезаемой резьбы и ходового
винта.Передаточные отношения конуса при нарезании дюймовых резьб
также легко осуществить за счет подбора числа зубьев конуса:L= ^ ; *2 = — и т. д., однако в этом случае конус должен быть
*1	z2ведомым, а число зубьев конуса пропорционально числу ниток на
дюйма нарезаемых резьб.б)	Конус с вытяжной шп он кой. Данная передача
состоит из постоянно сцепленных шестерен на двух валах. На од¬
ном из валов шестерни сидят свободно и сцепляются с ним в зави¬
симости от положения вытяжной шпонки. Благодаря постоянному
зацеплению шестерен можно применять косозубые шестерни, что
позволяет точно выдерживать требуемые передаточные отношения.
Недостатком являются малые крутящие моменты, которые может пе¬
редать шпонка. На рис. 66 показано конструктивное оформление
коробки подач револьверного станка, в которой применен конус
с вытяжной шпонкой.3.	Передачи с передвижными блоками шестеренПрименение этих передач аналогично применению в коробках
скоростей. Однако в тех коробках подач, где требуется обеспечить
точные передаточные отношения, выбор чисел зубьев имеет свою
специфику. В этом случае довольно часто применяют коррегирова-
ние зубьев с тем, чтобы не выдерживать условия 2 z= const. Пусть,
например, требуется точно осуществить передаточные отноше¬
ния ix = 1,5 и i2 = 1,2 (рис. 67).Начнем с подбора передаточного отношения /а:га = — = — = — = 1,2.2 г3 10 20Сумма зубьев 2г = 44.При данном значении 2г нельзя точно осуществить L = 1,5.2 27Поэтому возьмем = 45, тогда г, = — = — = 1,5.18Передачу с неодинаковыми 2г можно осуществить лишь при
коррегировании зубьев. При коррекции шестерни с z — 24 берет¬
ся заготовка, соответствующая по диаметру шестерне с г - 2Г>,
т. е, D0 = 25 m, и на ней нарезается 24 зуба. Модуль будет больше
расчетного на —25~24 • . 100 = 4%.В ряде случаев передачи с передвижными блоками и зубчатыми
муфтами строятся так, чтобы при данном числе пар шестерен полу¬
чить дополнительные значения передаточных отношений. К тако¬
му типу относится так называемая передача с обратной
ступенью. Передача с обрат¬
ной ступенью является развити-0iflfiti2--1,2ем переборов и применяется в ко¬
робках подач, построенных по гео¬1—=ьX®|гX3	1—IкГ |Х хметрическому ряду.XX\ \z2X22аiАГ©>Б)6)&/U-1Рис. 67. Схема пере¬
дачи с коррегирован-
ными зубчатыми коле¬
самиРис. 68. Передача с обратной сту¬
пенью:а — схема; б — структурная сетка; в —
график чисел оборотовВ данной передаче (рис. 68) четыре различных скорости ведомого
вала 4 получаются при помощи трех пар шестерен= — (включена муфта В),
z2i2	= h (включены муфты А и В),1л = иi3	= — (включена муфта Л),*в-—•*3	— (обратная ступень).Определим передаточные отношения t\; i2 и i3 из условия, что
все 4 скорости должны образовать геометрический ряд со знамена¬
телем ф.7 Для построения структурной сетки представим данную переда¬
чу как множительную: г = 4 = 2 X 2. Считаем, что шестерня z3
получает 2 скорости от ведущего вала — прямую при включении1муфты А и через шестерни iv — = — . -i-.. На каждые две ско-1*2 ^2 23134
рости шестерни zz ведомый вал 4 получает еще две скорости
через передачи i2 и i3. Условная структурная сетка показана
на рис. 68, 6.Так как передача гг — г\ работает в прямом и обратном направ¬
лении, примем i2 = 1.Тогда ix = 1 * 1h —, >	h = h--^--h = \ (Рис. 68, в).ср	9	Н	VСледовательно, передаточные отношения образуют геометри¬
ческий ряд(2)Передача с обратной ступенью имеет меньшие габариты по срав¬
нению с обычными передачами, однако из-за малой жесткости ее
целесообразно применять для небольших скоростей, которые и име¬
ют место в коробках подач.44.	Передача типа «меандр»Данный механизм (рис. 69) получил свое название от архитек¬
турного термина. Передача удобна тем, что может обеспечивать пе¬
редаточные отношения, расположенные по геометрическому ряду
с большим знаменателем прогрессии, например ф = 2. Это позво¬
ляет применять этот механизм как множительный, удваивающий
полученные числа оборотов.h Передача состоит из одинаковых двойных блоков шестерен
(рис. 69, в), соединенных, как это показано на схеме рис. 69, а,
и свободно сидящих на валах. С шестернями ведомого вала можетВедущийZ3Ведомый ,LJ-Ж.г,/	г,S)Рис. 69. Передача типа «меандр»последовательно зацепляться шестерня z0, сидящая на сколь¬
зящей шпонке или шлицевом валике.Подсчитаем передаточные отношения, которые обеспечивает
механизм меандр (рис. 69, а)1	1Г,
; 	 Z2 2ah		 —гл z0(3)Z4 Z<i Z<i£*Ла . h.Z\ 2i Zq*1 J zeТаким образом, tx : /2:...: ik= ^ и данный привод обеспечиваетz2геометрический ряд оборотов (передаточных отношений) со знаме¬
нателем:При гх = 2z2 получим ф = 2, т. е. множительную удваиваю¬
щую передачу с малыми габаритами и практически с любым необхо¬
димым количеством ступеней.Для повышения жесткости передачи можно применять сколь¬
зящую шестерню, которая зацепляется только с большими шестер¬
нями гх (рис. 69, б). Однако в этом случае число скоростей умень¬
шается вдвое, а знаменатель ряда при тех же числах зубьев стано¬
вится равным ф = . Чтобы сохранить ряд с прежним зна¬чением ф можно сделать одну из пар шестерен с одинаковым числом
зубьев (/ = 1), как это показано на рис. 69. б.В коробках подач могут применяться так называемые передачи
со связанными шестернями, в которых имеется меньше шестерен
для получения данного числа скоростей, чем в обычных случаях. На
рис. 70, а показана схема такой передачи, в которой шестерни 2 и 5
называются связанными потому, что играют роль ведомых при пе¬
редачи движения от I вала ко II и ведущих при передаче дви¬
жения от II вала к III. В результате такая передача с двумя свя¬
занными шестернями позволяет получать на ведомом валу четыре
скорости мри помощи шести шестерен вместо восьми шестерен
в обычных случаях.Это делает передачу более компактной несмотря на то, что все
шестерни должны быть одного модуля.Кинематический расчет таких передач требует применения спе¬
циальных методов, так как накладываются дополнительные огра¬
ничения на выбор зубьев связанных шестерен.Особенно затруднителен расчет при наличии двух связанных шес¬
терен, когда на ведомом валу надо получить стандартный ряд чисел(4)5.	Передачи со связанными шестернями136
оборотов. В этом случае не удается применять стандартные (т. е. крат¬
ные ф) промежуточные передаточные отношения t,, ta, t3 и t4 и лишь
общие передаточные числа от вала / к валу III должны обеспечить
геометрический ряд. Рассмотрим расчет передачи по схеме на
рис. 70, а. При замедлительной передаче г1 < г, < 23 и
г; < г5 < гв и межцентровые расстояния Ах < Ай. Поэтому наи¬
более целесообразен структурный вариант, показанный на рис. 70, б,
так как при этом значении Л, и А9 будут более близки друг к другу,
чем при веерообразном варианте.Рис. 70. Передача со связанными шестернямиПреимущества веерообразного варианта как обеспечивающего
в обычных случаях меньшие габариты здесь теряют свою силу, так
как все шестерни данной передачи имеют один модуль. Обозначим
общие передаточные отношения этой коробки через ег; е2; е8 и е4,
где е1 — наибольшее передаточное отношение. Тогда= (i • /4, 62 == i\ • ^3» £3 == ^*2 * ^*4» £4 == ^*2 * ^*3*	(^)Выразим все передаточные числа через ilt ех и <р:ч = ч =— = -Р—; <4 = —.	(б)Ч*	V ‘1'f	<РИз условия сохранения суммы зубьев должны соблюдаться равен¬
ства? + ? = ? + ?1- (7)
*2 + Z3 = 2Ъ “Г Z6 )Вынося за скобку г2 и гб — числа зубьев связанных шестерен и
учитывая, что/1 = iL; ;2 = ii; г3 = —; /4=^,	(8)получим:г2	г5	z3	гв *гг(г1 “Ь 1) = гз (4+ 1)
2,(1+^)=г‘(1 + ^)(3)I 47
Разделив одно равенство на другое (г2 и гь сократятся) и заме¬
нив передаточные отношения через : ех и <р (см. зависимости 6),
после преобразования получимОбычно знаменатель <р является заданной величиной, поэтому
от выбора значения ех зависит, будет ре'шение удачным или нет.
Например, при <р = 1,26 значение et = 1 приведет к отрицатель¬
ному значению что является абсурдом. Поэтому такую переда¬
чу осуществить нельзя. Обычно область целесообразных решенийнаходится при значениях ех, близких Ку.Например, если надо найти числа зубьев при <р = 1,26, зада¬
димся значением ех = —!— (2,82 — стандартное значение пе-2,82редаточных чисел, взятое из таблицы на стр. 92).Тогда по формуле (10) подсчитаем значение а по формулам
(6) — значение остальных передаточных чисел:График чисел оборотов для этого случая показан на рис. 86, в.Эти числа уже не являются стандартными, т. е. кратными <р.
Для подсчета чисел зубьев вначале условно примем z4 = 1, где
z4 — шестерня с минимальным числом зубьев. Тогда из формулы (8)Так как должно быть также и zx + z2 = 3,55, то учитывая зависи-гично определяем и другие значения чисел зубьев. Чтобы перейти
от условных к действительным числам зубьев, необходимо все зна¬
чения умножить на zmin^ 16 и округлить до целых чисел. При этом
необходимо, чтобы, во-первых, сохранялась сумма чисел зубьев
у пар шестерен, сидящих на соседних валах, и, во-вторых, откло¬
нения от передаточных чисел, которые получаются при округлении2	до целых чисел, не выходили на допускаемые пределы + (ф — 1)%.
Для рассматриваемого случая получим следующие значения чисел
зубьев (табл. 8)., Сумма зубьев + г2 = г4 + z5 = 75 и г2-+ z3 = z5 + z6 =
= 148.За счет округления чисел зубьев до целых чисел передаточные
отношения также несколько изменились. Если необходимо достиг¬
нуть более точного передаточного отношения, можно несвязанные(10)z$	— 2.55 и Xj z — z4 —J- z5 — 3,55.. In	'мость — = ix =1,61, получим zx = 1,36 и z2 = 2,19. Анало-138
Таблица 8N° шестерни123456Относительное число зубьев
•1,362,194,8312,554,45Принятое число зубьев2946102215494шестерни выполнить коррегированными, как это было рассмотрено
выше.При расчете передач с тремя связанными шестернями невоз¬
можно получить все скорости, расположенные по геометрическому
ряду, так как получится совпадение отдельных передаточных отно¬
шений. Обычно в этом случае возможно получить семь скоростей
вместо девяти.§2. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КОРОБОК ПОДАЧ
1. Типы коробок подачКоробки подач весьма разнообразны по кинематике, конструктив¬
ному оформлению и по тем функциям, которые они осуществляют
в станках. Приводы подачи могут представлять собой самостоятель¬
ные коробки или быть конструктивно объединены с другими меха¬
низмами станка. Коробки подач можно разделить на следующие три
основных группы.1.	Коробки подач, обеспечивающие необходимую скорость пе¬
ремещения инструмента или заготовок в процессе резания. В этом
случае допускаются отклонения от выбранных значений скоростей
перемещения — стола или суппорта станка.В большинстве случаев коробки подач данного типа с кинемати¬
ческой точки зрения аналогичны коробкам скоростей и должны обес¬
печивать геометрический ряд чисел оборотов ведомого вала.2.	Коробки подач, осуществляющие точную кинематическую
связь между шпинделем и заготовкой — подача суппорта токар¬
ного станка при нарезании резьб, вращение стола с заготовкой зу¬
бофрезерного станка и т. д. Здесь передачи и звенья настройки дол¬
жны точно осуществлять требуемые передаточные отношения, так
как это непосредственно оказывает влияние на точность обработки.3.	Коробки с периодической подачей заготовки или инструмен¬
та — в строгальных, долбежных, шлифовальных и других станках.
Здесь подача осуществляется не в процессе резания, а в момент хо¬
лостого хода и, следовательно, не является, строго говоря, рабочим
движением. Однако величина подачи влияет и на чистоту поверх¬
ности и на стойкость инструмента, поэтому коробки подач данною
типа также относятся к приводу рабочих движений.IV)
•33	СтопРис. 71. Коробка подач горизонталь
а — кинематическая схема; б — график140
2.	Коробки подач, обеспечивающие
геометрический рядВ качестве примера коробки подач, обеспечивающей стандарт¬
ный ряд чисел оборотов на ведомом валу, рассмотрим привод стола
горизонтальнофрезерного станка модели 6Н82 (рис. 71). Коробка
подач осуществляет 18 продольных, поперечных или вертикаль¬
ных перемещений и независимый привод от электродвигателя. По¬
дачи стола измеряются в мм/мин.Коробка подач (рис. 71) состоит из двух трехвенцовых переме¬
щающихся блоков шестерен, которые обеспечивают 9 различных
скоростей. Одна из шестерен этих передач (г = 18) связанная.
Затем движение передается через перебор, который удваивает полу¬
ченный ряд чисел оборотов.С последнего вала коробки подач через шестерню г = 28 дви¬
жение передается на шестерню г = 35 консоли, откуда через ряд
цилиндрических и конических шестерен движение передается одному
из трех ходовых винтов. Включение той или иной подачи произво¬
дится при помощи кулачковых муфт. Для быстрых перемещений
стола в коробке подач предусмотрена фрикционная муфта, которая
включает движение на ведомый вал коробки подач непосредствен¬
но от шестерни электродвигателя, через ряд паразитных шестерен.
Блокировка устраняет возможность одновременного включения
рабочих подач и быстрого перемещения стола.График чисел оборотов (рис. 71, б) показывает, что коробка по¬
дач обеспечивает ряд подач с ф = 1,26 с отклонениями от стандарт¬
ных значений не более 5%. Следует обратить внимание, что выбран
не веерообразный, а другой структурный вариант. Это допустимо
в коробках подач, так как все шестерни, как правило, имеют оди¬
наковый модуль и выбор варианта не оказывает того влияния на
габариты передачи, как это имело место в коробках скоростей.Развертка коробки подач показана на рис. 71, б. Коробка подач
выполнена в виде самостоятельного узла, который смонтирован
с левой стороны консоли станка.3.	Коробки подач, обеспечивающие точные
передаточные отношенияКоробки подач данного типа должны обеспечить некоторый ряд
точных передаточных отношений, который определяется парамет¬
рами обрабатываемых деталей. Наиболее характерными в этом от¬
ношении являются коробки подач токарно-винторезных станков,
предназначенные для нарезания резьб различных систем.Шаги нарезаемых резьб, которые, как известно, стандартизиро¬
ваны, определяют необходимый ряд подач. Отклонение передаточ¬
ных отношений от их расчетных значений непосредственно скажет¬
ся на величине шага нарезаемой резьбы, т. е. на точности обработки.142
Поэтому передаточные отношения коробки подач данного типа долж¬
ны быть выдержаны весьма точно.Коробки подач для нарезания резьб относятся к сложному слу¬
чаю, когда требуется точно осуществить большое число различных
передаточных отношений.Общее передаточное отношение между шпинделем и ходовым
винтом равняется (рис. 72, а)i =*Х.Вгде /н—шаг нарезаемой резьбы и tx.B —шар ходового винта. Если
бы станок предназначался для нарезания резьб только одного типаoj6)_1н1мЧ>=2Рис. 72. Схема построения коробок подач для нарезания резьбы(метрических, дюймовых или других), то подбор передаточных от¬
ношений был бы проще. Однако токарно-винторезные станки пред¬
назначаются, как правило, для нарезания различных типов резьб,
как минимум метрических и дюймовых.Если ходовой винт станка и тип нарезаемой резьбы выполне¬
ны в разных системах, то при подсчете передаточных отношений
появляется так называемый «особый множитель», который более
трудно осуществить.В табл. 9 приведены особые множители в передаточных отно¬
шениях при нарезании резьб в различных системах.Таблица 9Тип резьбыШаг резьбы
(мм) пропорцио¬Ходовой винт имеет
резьбунален величинеметрическуюДЮЙМОРуЮМетрическаяДюймовая25,425,4125,4МодульнаякXл2Г),1Питчевая25,4*25,4лкМ3
Для подбора особых множителей можно пользоваться соотно¬
шениями, например: 25,4 = — или 25^ . — .которые приви-5	18 61 37дятся в справочниках [96] или описательных курсах станков.Коробки подач для нарезания резьб строятся обычно по следую¬
щему принципу (рис. 75, б): звеньями настройки являются переда¬
ча, обеспечивающая данный ряд передаточных отношений in (ко¬
нусе накидной шестерней, передачи с передвижными блоками и др.)
и множительная удваивающая передача iu (привод типа «меандр»,
привод с передвижными блоками шестерен). Поэтому полученный
ряд передаточных отношений удваивается несколько раз таким обра¬
зом, чтобы получить требуемые шаги нарезаемых резьб.Основная зависимость для подбора передаточных отношений
будет:i = V /„. 1и = ,	(12)Гх.вгде 10 — передаточное отношение постоянных звеньев. Передачи
*о> *н и (и можно менять местами.Привод подач современных токарно-винторезных станков обес¬
печивает нарезание практически всех основных стандартных резьб.
Движение берется от шпинделя и нередко используется часть ки¬
нематической цепи коробки скоростей. Конструктивно цепь подач
располагается собственно в коробке подач, выполненной в виде са¬
мостоятельного узла и в фартуке суппорта.В качестве примера конструктивного оформления этих передач
на рис. 73 показан разрез коробки подач токарного станка 1К62.Основной ряд передаточных отношений обеспечивается конусом
с накидной шестерней. Удвоение полученного ряда производится
за счет так называемого звена увеличения шага коробки скоростей
(см. ниже) и за счет передвижных блоков шестерен коробки подач.4.	Пример расчета коробки подач для
нарезания резьбРассмотрим пример проектирования коробки подач универсаль¬
ного станка для нарезания метрических резьб с шагом от 0,25 мм до
20 мм и дюймовых резьб примерно того же диапазона шагов. Шар
однозаходного ходового винта /x.b=10 мм. Методика расчета пе¬
редаточных отношений заключается в том, что выписываются все
шаги резьбы, которые требуется нарезать, и разбиваются на груп¬
пы так, чтобы шаги каждой последующей группы получались из
предыдущей умножением на 2 (удвоением).Для стандартных шагов крепежных резьб и резьб с крупным
шагом (трапецеидальная и прямоугольная) получена табл. 10.В табл. 10 прочеркнуты те цифры, которые при удвоении дают
нестандартное значение шага резьбы. Например, коробка подач144
Рис. 73. Коробка подач токарноп
Таблица 10Множительная передачаасУ1^ 234I5! 6? 7Z'м “ J'2I2481632*■I0,250,512481656"23456
70,30,350,4|0,6[0/70,750,81,25
1 *5
1,752.533.556
7101214202428125/247/65/44/335/24позволит нарезать резьбу 0,6 х 2 = 1,2 лш, однако этот шаг не
применяется в крепежных резьбах и поэтому введена новая строч¬
ка с t = 1,25, который затем удваивается (t = 2,5; t = 5; t = 10;
/ =.20).Исходный столбик шагов будет получен применением одного
из механизмов коробок подач, например конусом с накидной шестер¬
ней, числа зубьев которого пропорциональны шагам нарезаемых
резьб.Остальные столбики получаются при помощи множительного
механизма с ф = 2, который в данном случае должен иметь 7 ступе¬
ней. В качестве множительного механизма можно применить, на¬
пример, привод типа «меандр».В станках часто применяют также звено увеличения шага в ко¬
робке скоростей для получения ряда с ф = 2, как это показано на
рис. 74.Здесь вал 1 коробки подач может получать движение от вала А
коробки скоростей или от шпинделя с i = 1 (см. рис. 45). При пере¬
даче движения от вала А между шпинделем и валом 1 будут иметь
место передаточные отношения:. _ 54 50 50 	о2	27 50 50 ’I ='5! 80 50 __g
18 ~~ 27 20 50 *54 80 8_0 = 32>4 27 20 2042На вал 2 числа оборотов передаются без изменения — /= — = 128 1или уменьшаются в 2 раза — i= — = у В результате вал 2115
коробки подач может иметь 7 различных скоростей, расположенных
по геометрическому ряду с ф = 2 с передаточными отношениями
от шпинделя:/м = |; 1; 2; 4; 8; 16; 32.Эти передаточные отношения указаны в табл. 10,Для получения всех требуемых шагов в коробке применен конус
с накидной шестерней (рис. 74).При нарезании метрических резьб он должен быть ведущим,
поэтому движение идет от вала 3 на конус, а затем через включен¬
ную муфту М на ходовой винт.Числа зубьев конуса должны быть кратными шагам нарезаемых
резьб. Возьмем любой из столбиков табл. 10, например 3 (он удо¬
бен тем, что начинается с 1, и дополним его недостающие строчки:1; 1,2; 1,25; 1,4; 1,5; 1,6; 1,75.Принимая минимальное число зубьев конуса г, = 20, т. е. ум¬
ножая этот ряд на 20, получим числа зубьев конуса с накидной шес¬
терней: zH = 20, 24, 25, 28, 30, 32, 35. Число зубьев шестерни г0 выби¬
рается из конструктивных соображений. Примем г0 = 24. Тогда*	20 5 24 25передаточные отношения данной передачи будут iH = — = —; —; —и т. д. Они указаны в табл. 10 справа.Подсчитаем постоянные передаточные отношения f0, исходя из
равенства (12). По схеме (рис. 74) видно, что при нарезании метри¬
ческих резьб /0 = i\ • imT. При использовании формулы (12) мож-146
но взять любое значение но выбрать соответствующие значения
iu и <н по таблице.Например, возьмем tH = 0,6, тогда / „= 1 и /„= 1;i — i ,i =^6 = JL = 1.2.10 ' * мет 10 100 10 ’ 5 * 2 *Это передаточное отношение можно осуществить, например, сле¬
дующими шестернями:f	3 2 18 20i\ — м		 —. — и10 5 60 50• = 1 = -
'мет 2 40 *Для проверки подсчитаем любой шаг резьбы по формуле (12),30например, при iH = — (5 ступень) и iu = 4 получим:=	*о^х-в = ~ *4 . — • 10 = Змм,ы н м *0 х в 24	100	»что соответствует значению, указанному в табл. 10.Эту же коробку подач можно применить для нарезания дюймо¬
вых резьб. Если сделать конус ведомым (включена передача /д и
муфта Д), то его числа зубьев будут кратны числам ниток на дюйм
нарезаемых резьб. Поэтому и для дюймовых резьб надо составить
таблицу, аналогичную табл. 10, но уже с заданными значениями iuи /н.Размер дюймовых резьб будет зависеть от выбора постоянного
передаточного отнршения гд.Метрическим резьбам с шагом /н = 0,25-f 24 мм приблизитель¬
но соответствует диапазон дюймовых резьб с числом ниток на дюйм
от 100 до 1. Напишем табл. 11 дюймовых резьб, которые могут быть
нарезаны при применении той же коробки подач. В табл. 11 ука¬
заны числа ниток на 1 дюйм, причем цифры любого столбика крат¬
ны числам столбика табл. 10.' Так как большее число ниток на дюйм соответствует меньшим
шагам, то цифры каждого следующего столбика в данной таблице
меньше в 2 раза цифр предыдущего (в табл. 10 для метрических резьб
было наоборот).Прочеркнутые строчки дают дробные значения чисел ниток на
дюйм, не применяемых на практике.Если необходимо получить промежуточные значения дюймо¬
вых резьб, необходимо добавить новые строчки и соответственно
увеличить число ступеней конуса с накидной шестерней.Для подсчета передаточного отношения /д, как и в предыдущем
случае, возьмем одно из значений числа ниток на дюйм из этой
таблицы.147
Таблица 11Ко12341 5671№iм1/212481632н н164321684216/52380|40|2010521/.11/424/25459648241263I7/.4/56711256281473V,17Л24/35Например, zu = 40 ниток.Т	. ,	24 . 25,4 25,4Тогда iu — 1; = — и t„ = —1.“	и 25 “ га 40Применим формулу (12):. 24 j 	 25,40 ’ 25* 40-10
В случае нарезания дюймовых резьб:*0 = *1 • «д = ГГ »д. поэтому251а = —25,425 253 * 24* 40-1025,4 25
18 * 64 'Как видно, в данном случае появился особый множитель 25,4,
который удобно подобрать, пользуясь соотношением (см. стр. 144):25,4 25 = 65 49 25
18 64 61 * 37 * 64 *Данные числа зубьев применены в коробке подач (рис. 74). Если
необходимо нарезать модульную и питчевую резьбу, можно шестер¬
ни гитары i\ заменить другими, включающими в передаточное отно¬
шение особый множитель я (см. табл. 9).Коробки скоростей для нарезания резьб в современных станках
сложнее, чем в разобранном примере, так как они, во-первых, ох¬
ватывают большее число нарезаемых резьб и, во-вторых осущест¬
вляют подачу суппорта и при обточке через фартук станка и ходо¬
вой валик. Рассмотренный пример показывает методику расчета
коробок подач для нарезания резьб.5.	Коробки подач с бесступенчатым регулированиемПри бесступенчатом регулировании не могут быть обеспечены
точные передаточные отношения, поэтому оно применимо лишь в техкоробках подач, где подачи определяются режимами обработки.148
С точки зрения передачи усилий в коробках подач имеются боль¬
шие возможности по применению фрикционных вариаторов с бес¬
ступенчатым регулированием, так как здесь обычно имеют место
небольшие крутящие моменты и низкие числа оборотов. При боль¬
шом диапазоне регулирования подач механизмы бесступенчатого
регулирования могут применяться в сочетании со ступенчатым при¬
водом, как это было показано выше для коробок скоростей. Различ¬
ные механизмы бесступенчатого регулирования рассмотрены в гла¬
ве 9.	(В качестве примера привода под^ч с бесступенчатым регулиро¬
ванием на рис. 75 показан разрез бабки вращения изделия (круго¬
вая подача) круглошлифовального станка ЗД16,Ведущий вал приводится от электродвигателя через клиноремен¬
ную передачу. Изменение скоростей производится передачей с разд¬
вижными конусами и промежуточным стальным .кольцом. Сближе¬
ние одной пары конусов и одновременный развод второй изменяет
диаметр, по которому происходит касание конусов и стального коль¬
ца, и, следовательно, изменяется передаточное отношение.Изменение чисел оборотов шпинделя изделия производится на
ходу, поворотом рукоятки управления.Бесступенчатое регулирование с механическим вариатором ско¬
ростей применяется в приводах подач шлифовальных, револьвер¬
ных, координатнорасточных, сверлильных и других станков.1*9
Все большее распространение получают коробки подач с регу¬
лируемыми электродвигателями постоянного тока. Упрощение ме¬
ханической части и легкость управления являются важными эксплу¬
атационными качествами этого привода. В практике отечествен¬
ного станкостроения имеются примеры успешной замены обычных
коробок подач приводом и электродвигателем постоянного тока с
широким диапазоном регулирования. Так, например, Ленинград¬
ским станкозаводом им. Свердлова впервые в координатнорасточ¬
ных станках применена система электрического управления при¬
водом подач от электродвигателя по¬
стоянного тока с диапазоном регулирова¬
ния Д = 1800 (п = 2 3600 об/мин.)В приводах подач тяжелых станков
часто встречается сочетание регулируе¬
мого электродвигателя постоянного то¬
ка с механической частью коробки, ко¬
торая расширяет диапазон регулирова¬
ния электродвигателя и, следовательно,
должна обеспечивать большой перепад
передаточных отношений.Если необходимо осуществлять быст¬
рые установочные перемещения суппор¬
та или стола, то для этой цели обычно
предусматривается асинхронный элек¬
тродвигатель переменного тока, исполь¬
зующий кинематические цепи коробки
подач.В качестве примера на рис. 76 по¬
казана схема коробки подач для пере¬
мещения ползуна и салазок тяжелых
карусельных станков [44].Привод подач осуществляется от двигателя 1 постоянного тока
с изменением скорости вращения в диапазоне 100. Электромаг¬
нитной муфтой 2 производится включение перебора с передаточ¬
ным отношением 1 : 100. Таким образом, с помощью муфт 2 и 3
и двигателя можно изменить подачу в диапазоне 10 000. Быстрые
перемещения выполняются от короткозамкнутого асинхронного
двигателя 5 при выключенных муфтах 2 и 3. Изменение направле¬
ния подачи ползуна и салазок производится с помощью четырех
электромагнитных муфт 4, которые используются и для копиро¬
вальных работ с управлением от контактных датчиков. Электро¬
магнитные муфты обеспечивают быструю остановку и включение
привода, дистанционное управление и защиту от перегрузок.В некоторых приводах тяжелых станков регулируемый элек¬
тродвигатель применяется в сочетании с планетарными передача¬
ми, которые дают большую редукцию и удобны для включения уско¬
ренных перемещений без отключения цепи рабочих подач.Рис. 76. Схема привода по¬
дач тяжелого карусельного
станка150
6.	Указания по расчету деталей коробок подачПривод подач, предназначенный для перемещения суппортов,
столов, шпиндельных головок, преодолевает составляющую уси¬
лия резания Рх и силы трения, возникающие в направляющих пе¬
ремещаемого узла (рис. 77):Q = Px + f.ZRt,Рис. 77. Схема усилий,, действующих в приводе подач токар¬
ного —а и фрезерного — б станковгде Q — тяговое усилие, создаваемое коробкой подач;Рх — составляющая усилия резания в направлении подачи;
Rt — реакции в направляющих;/ — коэффициент трения в направляющих.Реакции в направляющих возникают под действием усилия ре¬
зания и веса перемещающихся частей (стол с деталью, суппорт)
и определяются из расчетной схемы сил, действующих на суппорт
(см. главу 7).В качестве примера рассмотрим определение усилия подачи,
необходимое для перемещения вертикального суппорта карусель¬
ного станка модели 1541 (рис. 78).На суппорт действуют усилия резания и вес суппорта с уравно¬
вешивающим грузом:Рг = 2500 кГ — исходя из расчета режимов обработки;
рх = 0,4 Р2 = 1000 кГ\'Яу = 0,5 Pz = 1250 кГ\G = 1700 кГ.Тяговое усилие Q будет преодолевать составляющую усилия
резания Рх и силы трения в направляющих, вызванные реакциями
А, By С и D<3=Я, + (Л+5 + С + 0)./.	(14)Примем коэффициент трения в направляющих / = 0,1. Точки
приложения всех сил известны, так как можно считать, что реак¬
ции А и В приложены в середине направляющих, а реакции С и D—	по краям суппорта. Это положение реакций С и D будет иметь
место при возможности перекоса суппорта. При хорошей регулмрив-
ке направляющих их точки приложения будут отстоять на неко¬
тором расстоянии от краев суппорта. Однако это не окажет сильно¬
го влияния на результат расчета. Рассмотрим приложение сил на
резце для вылета суппортаL == 230 мм.зЗначения реакций находятся из уравнений статики. Например,
беря сумму моментов относительно точки приложения реакции В
(в плоскости г — у), получим:А . 550+ 1250 . 360 = 2500 . 835 + 1700 . 195,
откуда А = 3550 кГ.Рис. 78. Расчетная схема для определения усилий подачи
в суппорте карусельного станка модели 1541Аналогично находим В = 1050 кГ. При определении реакций
С и D пишем уравнения статики в плоскости х — у и реакции оп¬
ределяем в функции тягового усилия QС =176 000 + 220 QD =11 о Q — 6000650	’	650Подставляя значения реакций в уравнение (14) и решая его от¬
носительно Q, получим:Q= 1565 кГ^ 1600 кГ.Это усилие должно быть приложено на винте поперечины и оп¬
ределяет размеры пары винт — гайка и необходимую величину
крутящего'момента для вращения ходового винта.Для упрощения расчетов тяговых усилий ЭНИМС разработана
нормаль Н48-61, где даны формулы для определения Q для различ¬
ных случаев.152
Крутящий момент на последнем валу коробки подач Мкр дол¬
жен обеспечить величину данного тягового усилия. Соотношение
между УИкр и Q зависит от типа механизма, преобразующего враща¬
тельное движение в поступательное (см. рис. 77).Для рейки и реечной шестернимкр =<?.{,	(15)где d — диаметр начальной окружности реечной шестерни.Для ходового винта и гайкиМкр = Q-Mg(arf р),	(16)где г — средний радиус винта;	•а — угол подъема винтовой линии;
р — угол трения для пары винт — гайка.Данный крутящий момент является расчетным для определения
модуля зубчатых передач, усилий, действующих на валы и опоры,
выбора мощности электродвигателя коробки подач.Следует обратить внимание на необходимость точного учета
к. п. д. передач, так как в коробках подач, во-первых, имеются
длинные кинематические цепи и, во-вторых, часто встречаются та¬
кие пары трения, как ходовой винт-гайка, червячная пара, направ¬
ляющие и другие, обладающие более низким значением к. п. д.При расчете зубчатых и других передач следует учитывать, что
коробки подач являются тихоходными и в них не возникает допол¬
нительных динамических нагрузок. Поэтому при расчете модуля
шестерен коэффициенты kK и &изг принимаются равными единице.Обычно лимитирует модуль из расчета на изгиб тизг. Мини¬
мальное число зубьев шестерен в коробках подач может быть при-
НЯТО 2min= 15.Расчет подшипников валов и других деталей коробок подач про¬
изводится обычными методами,
Часть IИ
Базовые узлы а детали станковБазовые узлы и детали станков определяют точность взаимного
положения перемещения заготовки и инструмента в процессе об¬
работки. Базовые узлы во многом определяют компоновку и основ¬
ные технические характеристики станка. К ним относятся шпиндель¬
ные узлы, корпусные детали, в первую очередь станины и направ¬
ляющие, которые обеспечивают точность перемещений суппортов
и столов.Глава 5
ШПИНДЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ СТАНКОВ§ 1. ШПИНДЕЛИ СТАНКОВ1.	Конструкция шпинделей
и выбор типа привода на шпиндельШ п и н д е л ь — одна из наиболее ответственных деталей стан¬
ка. Хотя с кинематической точки зрения его роль в коробке скорос¬
тей аналогична другим валам, но то обстоятельство, что от него во
многом зависит точность обработки, заставляет предъявлять к шпин¬
делю целый ряд дополнительных требований. Кроме того, шпиндель
является последним звеном коробки скоростей, несущим заготовку
или инструмент. Поэтому расчет и конструктивное оформление
шпинделей имеет свою специфику по сравнению с обычными валами.Конструкцию шпинделя определяют следующие факторы:а)	размер шпинделя, расстояние между опорами, наличие от¬
верстия для пропуска материалов или других целей;б)	приводные детали (шестерни, шкивы) и их расположение на
шпинделе;в)	тип подшипников, которые определяют посадочные места под
них;г)	метод крепления патрона для детали или инструмента, что
определяет конструкцию переднего конца шпинделя.154
Конструкции шпинделей показаны на рис. 43, 45, 50. Передние
концы их стандартизованы. Например, для токарных станков при¬
меняются резьбовой или фланцевый конец шпинделя.На резьбовом конце можно быстрее закрепить патрон, однако
резьба сравнительно быстро выходит из строя и тогда требуется
ремонт всего шпинделя. Кроме того, имеется опасность самоотвин-
чйвания патрона.Фланцевый конец не имеет резьбы, а патрон крепится винтами
на конусный буртик. Шпиндель имеет более сложную форму с от¬
кованным флайцем.Весьма важным является выбор типа передачи на шпиндель.Выбор типа привода на шпиндель (зубчатая или ременная пе¬
редача) зависит в первую очередь от его числа оборотов в минуту
и от величины передаваемого усилия. Зубчатая передача бсКпее прос¬
та и компактна и передает значительные крутящие моменты. Од¬
нако из-за наличия бокового зазора она не сможет обеспечить вы¬
сокую чистоту обработки на шлифовальных, координатнорасточ¬
ных, отделочно-токарных и других станках. В станках с перемен¬
ными усилиями резания, например во фрезерных, при зубчатых пе¬
редачах уменьшается плавность вращения шпинделя и возрастают
динамические нагрузки в деталях коробки скоростей. Поэтому пе¬
редача вращения шпинделю зубчатыми колесами применяется для
числа его оборотов в минуту не выше 1500—2000.В случае применения ременной передачи получается, как пра¬
вило, не только увеличение габаритов, но и усложнение конструк¬
ции. Ведомый шкив следует устанавливать на самостоятельные опо¬
ры, чтобы разгрузить шпиндель, надо производить натяжения рем¬
ня и т. д.Но эти усложнения компенсируются теми преимуществами, ко¬
торые обеспечивает ременная передача для быстроходных шпин¬
делей.Плавность вращения шпинделей в случае ременного привода
обеспечивает высокую чистоту обработки.Для фрезерных и других станков с прерывистым резанием при¬
менение ременной передачи снижает максимальные значения кру¬
тящих моментов. Это происходит вследствие податливости ремен¬
ной передачи и мгновенного ее проскальзывания под воздействием
удара, возникающего при врезании фрезы в металл.Неравномерность вращения шпинделя при динамических- наг¬
рузках будет тем большая, чем меньше жесткость ременной переда¬
чи. Поэтому желательно, чтобы жесткость ременной передачи и
проскальзывание имели возможно более высокие значения. Макси¬
мально допустимое значение проскальзывания определяется устой¬
чивостью работы ременной передачи.Жесткость ременной передачи может быть оценена величиной
С, равной [53];
С =	-(кГсм),	(1)где R (см) — радиус ведущего шкива;f (см2) — площадь поперечного сечения ремня;L (см) —длина ведущей ветви ремня;Е (кГ/смг)—модуль упругости материала ремня на растяжение.Для привода шпинделя применяются как плоскоременные, так
и клиноременные передачи. Их расчет производится по общепри¬
нятой методике [71]. Характер нагрузки на шпиндель учитывается
коэффициентом /С, на который умножается значение окружного
усилия:спокойная работа (токарные, сверлильные, шлифовальные стан¬
ки) 			К = 1;значительные колебания нагрузки (фрезерные, зубофрезер¬
ные станки)	К = 1,25;ударная нагрузка (долбежные, зубодолбежные, строгальные
станки)	К = 1,4.Ременный привод может обеспечивать число оборотов шпинделя
до 6000 в минуту и выше, когда окружные скорости ремня доходят
до 60 — 100 м/сек. Однако при обслуживании еще более скорост¬
ных шпинделей, например для внутришлифовальных станков, ре¬
менная передача уже не может обеспечить передачу требуемых
нагрузок, так как под ремнем создается «воздушный мешок» и воз¬
можна его неустойчивая работа. В этом случае привод шпинделя
может осуществляться пневматической турбинкой до 100 000 об/мин
или электрошпинделем, который применяется при числах оборотов
до 150 000 в минуту и выше. Высокочастотные электрошпиндели,
которые представляют собой асинхронные электродвигатели с корот¬
козамкнутым ротором на 200—800 гц> несущие шлифовальный круг,
являются лучшим типом привода для быстроходных шпинделей
внутришлифовальных станков. В высокоскоростных электрошпин¬
делях внутришлифовальных станков (рис. 79) ротор 1 и шпиндель с
шлифовальным кругом 2 балансируются при помощи грузиков 3 и 4.
В прецизионных подшипниках качения предусмотрен предвари¬
тельный натяг и выбор зазоров при помощи пружин 5 и 6. Для луч¬
шего охлаждения электродвигателя имеется вентилятор 7. Элект¬
рошпиндель представляет собой самостоятельный узел, который лег¬
ко заменяются и устанавливается на столе станка.2.	Расчет шпинделей на жесткостьШпиндели, как правило, рассчитываются на жесткость и лишь
для тяжело нагруженных шпинделей производится поверочный
расчет на прочность.Шпиндель — тело сложной формы, а поры шпинделей в зави¬
симости от их типа создают различные условия для поворота шпин-156
оодл09О•9-sчаЯ С*С*Я **
5 cdа *о яQugS °ЧСПыН || If 11е<ЖXСаяSО)X3XCLОSSа11н157
деля при его изгибе. Поэтому в качестве расчетной схемы при рас¬
чете на жесткость шпиндель заменяют балкой на двух опорах, при¬
чем тип опоры выбирается в зависимости от типа подшипника (рис.
80).При двух подшипниках качения расчетная схема в первом приб¬
лижении принимается в виде балки на двух ножевых опорах
(рис. 80, а). Если в передней опоре два подшипника качения,
то можно считать, что шпиндель в этом сечении не имеет поворота
(рис. 80, 6).Если в передней опоре подшипник скольжения (рис. 80, в),
то он создает определенный реактивный момент, который в первом
приближении равен 0,3 4-0,35 от изгибающего момента в перед¬
ней опоре. При двух подшипниках скольжения (рис. 80, г) прогиб
конца шпинделя можно принять как среднее между случаями «а» и
«б».При определении прогиба шпинделя допустимо брать средний
момент инерции по основному участку шпинделя или определять
его по расчетному среднему диаметру:dcp = ^, (2)где di и /. — диаметры и длина участков шпинделя;L — общая длина шпинделя.Для шпинделей с резкими переходами сечений при уточнен¬
ных расчетах следует строить упругую линию шпинделя, как
ступенчатого вала со своим моментом инерции сечения на каждом
участке.Допустимая величина прогиба должна определяться, исходя из
точности обработки на станке. Погрешности обработки, вызывае¬
мые прогибом, составляют некоторую долю допуска обрабатывае¬
мой детали. В том случае, если трудно или невозможно произвести
аналитический расчет всех погрешностей, возникающих при обра¬
ботке, допустимый прогиб шпинделя берется, исходя из опыта эк¬
сплуатации станков.Можно принимать его равным 1/3 от допустимого биения шпин¬
деля.Часто пользуются также зависимостью/лоп = (0,0001 4-0,0002) /,	(3)гДе /доп — допустимый прогиб конца шпинделя;/ — расстояние между опорами шпинделя.Максимально допустимый угол поворота конца шпинделявшах = 0,001 рад.На шпиндель действует пространственная система сил, состоя¬158
щая из сил резания, усилий на зубьях шестерен или шкивов, поме¬
щенных на шпинделе, и реакций в опорах.На величину деф@рмации шпинделя и реакцию в опорах влияет
положение приводной шестерни, сцепленной с зубчатым колесом
шпинделя (рис. 81).В положении / результирующая сила R, которая определяет
величины реакций Rt и R2 в передней и задней опорах, получается
как сумма силы резания Р и усилия на шестерне Q, R=P -f- Q.
В положении II R = Р — Q. С точки зрения давления в передней
опоре случай II выгоднее, так как возникающая реакция меньше
(рис. 81, а). Однако с точки зрения прогиба конца шпинделя схе¬
ма / более благоприятна, так как
при этом /j < ^п. Поэтому схе¬
му I чаще применяют в точных
станках, а схему II — в стан¬
ках для черновой обработки.3.	Виброустойчивость
шпинделейВысокооборотные шпиндели
шлифовальных, токарных, свер¬
лильных и других станков дол¬
жны обладать высокой вибро¬
устойчивостью, так как вибра¬
ция шпинделя непосредственно
сказывается на чистоте обраба¬
тываемой поверхности.В шпинделях станков наб¬
людаются как поперечные, так
и крутильные колебания. По ха¬
рактеру они могут быть вы-
н у ж де н н ым и а вто колебания¬
ми. В обоих случаях основной
характеристикой шпинделя для
оценки его виброустойчивости
является частота его собствен¬
ных колебаний /ш.Обычно-чем ниже частота этих колебаний системы, тем мень¬
ше ее виброустойчивость, так как для возбуждения колебаний
на низкой частоте нужна меньшая энергия возбудителя коле¬
баний.Поскольку шпиндель и закрепленные на нем детали (шестерня
или шкив, патрон) имеют сложную конфигурацию, частота /ш собст¬
венных колебаний может быть определена лишь приближенно.
Если исходить из предпосылки, что упругие линии прогиба шпин¬
деля от его веса и от центробежных сил подобны, то низшая частотаЖЛАРис. 81. Влияние положения привод--
ной шестерни на реакции в опорах и
прогиб шпинделя1Г#9
собственных колебаний может быть определена по следующей фор¬
муле:<4)2к у	.ytrjxeW{ (кг) —веса отдельных элементов, на которые раз¬
бита колеблющаяся система;
уь (см) —прогибы под действием веса всей системы
в точке приложения сил Wlt включая дефор¬
мации опор;
g = 981 м/сек2 — ускорение силы тяжести.Расчетная схема для определения /ш показана на рис. 82.Из формулы (4) следует, что чем меньше масса шпинделя и
присоединенных к нему деталей и чем выше его жесткость, тем
больше значение /ш.Рис. 82. Расчетная схема для оп-	Рис. 83. Схема скоростей в под-ределения частоты собственных	шипнике каченияколебаний шпинделяПрименение шкивов из легких сплавов, а главное применение
дополнительных опор для приводного шкива (см. рис. 50), когда
его масса не соединена с массой шпинделя, существенно повышают
значение /ш.Применение более жестких опор (предварительный натяг под¬
шипников качения), увеличение жесткости самого шпинделя и в
ряде случаев установка третьей опоры также повышают значение
частоты собственных колебаний шпинделя.Расчет шпинделей на виброустойчивость заключается в сравне¬
нии частоты собственных колебаний шпинделя и частоты вынужден¬
ных колебаний с целью избежать явлений резонанса. Инженерных
методов расчета шпинделей с учетом явлений автоколебаний в на¬
стоящее время не разработано, хотя известны основные способы
борьбы с автоколебаниями (см. гл. 2, § 3).160
В шпиндельных узлах с подшипниками качения источником ко¬
лебаний может явиться переменная жесткость опор. Частота воз¬
мущения /в будет равна числу шариков или роликов, проходящих
в секунду через направление действующей силы:/в = ■ п'°'г — ,	(5)/в 2(D+d) сек '	4 1где п (об/сек) — число оборотов шпинделя;D — диаметр беговой дорожки внутреннего кольца;
d и 2'— диаметр и число тел качения.Эта формула получается из определения скорости вращения цент¬
ра шарика или ролика = у = — • -у-«/г • (рис. 83) и под¬
счета числа шариков, проходящих в единицу времени.Если источником вынужденных колебаний является дисбаланс
шпинделя, то частота возмущающей силы будет равняться числу
оборотов вала в секунду:/в= Я— .секДля того чтобы избежать явления резонанса, необходимо, что¬
бы частота собственных колебаний шпинделя (/ш) и частота возму¬
щающей силы (/в) отличались по крайней мере на + (25-^-30)%.Однако на эти рекомендации следует смотреть, как на теорети¬
ческие, и учитывать следующее. Во-первых, точность определения
/ш невелика и поэтому для надежности расчета лучше, если часто¬
ты /ш и /в отличаются в несколько раз. Во-вторых, хотя формально
с точки зрения резонанса безразлично, что больше /ш или /в, на
самом деле лучше, чтобы частота собственных колебаний шпинделя
была больше частоты вынужденных колебаний. Тогда при пусках
и остановках станка не будет прохождения через зону резонансаи,	кроме того, амплитуда колебаний будет меньше. Однако в высо¬
кооборотных шпинделях это не всегда возможно, и шпиндель мо¬
жет работать с числом оборотов выше критического значения, т. е.
числа оборотов, соответствующего резонансу.Крутильные колебания шпинделей обычно имеют для работы
шпиндельной группы меньшее значение. Однако для станков с пре¬
рывистым резанием таких как фрезерные, зубофрезерные и другие,
крутильные колебания шпинделя и всего привода могут привести
к неравномерности вращения шпинделя и к дополнительным дина¬
мическим нагрузкам.Эти факторы следует определять на основе рассмотрения всей
системы привода (см. гл. 3).4.	Требования, предъявляемые к опорам шпинделейРабота шпинделя зависит от типа его опор. Как было указано,
жесткость шпиндельного узла, его виброустойчивость, а также
точность вращения связаны с конструкцией опор. В качестве опор( 6 Заказ 1521G1
шпинделей применяются подшипники качения и подшипники сколь¬
жения с жидкостным трением. Иногда оба типа подшипников могут
быть применимы с одинаковым успехом. Однако в большинстве слу¬
чаев условия работы шпинделя определяют и наиболее целесообраз¬
ный тип подшипника.К опорам шпинделей предъявляются следующие основные тре¬
бования:, 1. Высокая точность вращения, поскольку отклонение оси вра¬
щения шпинделя непосредственно отразится на точности обработки.
Поэтому как к подшипникам качения, так и к подшипникам сколь¬
жения шпинделей предъявляются особые, более высокие требова¬
ния, по сравнению с подшипниками обычных валов.Биение шпинделя обычных станков средних размеров находит¬
ся в пределах 0,01 -г 0,03 мм, а для прецизионных станков доходит
до нескольких микрон.Эту точность могут обеспечить подшипники качения и сколь¬
жения. Однако в последнем случае при изменении нагрузки или
скорости будет происходить изменение положения оси вра¬
щения шпинделя, так как будет изменяться толщина масляной
пленки.2.	Опоры шпинделей должны быть долговечны. Подшипники
качения имеют ограниченный срок службы, и чем выше число обо¬
ротов шпинделя, тем ниже долговечность подшипников, поэтому
для скоростных шпинделей повышение сроков службы подшипни¬
ков явится важной задачей. Нормальный срок службы подшипни¬
ков качения принимается до 5000 час. Подшипники скольжения из¬
нашиваются только в период пуска, останова или реверса станка,
и поэтому йри редких включениях станка они долговечны и могут
работать длительное время без ремонта.3.	Виброустойчивость опор — важное условие для работы вы¬
сокооборотных шпинделей. Современные прецизионные подшипни¬
ки качения отвечают требованию виброустойчивости. Подшипники
скольжения обладают способностью гасить колебания, т. е. ока¬
зывать демпфирующее действие за счет масляного слоя.4.	Для универсальных станков необходимо, чтобы подшипни¬
ки работали одинаково надежно во всем диапазоне применяемых
скоростей и нагрузок. В этом отношении неоспоримое преимущест¬
во подшипников качения, чем и объясняется их большее распростра¬
нение в станках.5.	Эксплуатационными преимуществами (легкость замены, мень¬
ший уход и т. п.) обладают подшипники качения, в результате чего
они и получили наибольшее распространение. Для тех станков,
где имеет место более постоянный режим работы, где редки периоды
пуска станка и требуется высокая виброустойчивость шпинделя,
с успехом применяются подшипники скольжения. К таким станкам
в первую очередь относятся шлифовальные станки, которые зани¬
мают все больший удельный вес в общем парке станков.162
§ 2. ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ ШПИНДЕЛЕЙ1.	Обычные конструкции
подшипников скольжения шпинделейПри износе и при сильном изменении режима работы станка дол¬
жна быть возможность регулирования зазора между шейкой шпин¬
деля и подшипником. Желательно, чтобы при регулировании не
было искажения формы подшипника, так как это может повлиять
на условия жидкостного трения и точность его вращения.Шейка шпинделя и соответственно сопряженная поверхность
подшипника могут быть цилиндрической или конической. Техно¬
логически проще изготовить точную цилиндрическую шейку шпин¬
деля, однако при конической шейке можно обеспечить регулирова¬
ние зазора без искажения сопряженных поверхностей.Разъемные подшипники состоят из двух вкладышей, выполнен¬
ных из бронзы или залитых баббитом. Корпус опоры также разъ¬
емный. Регулирование зазора производится за счет радиального
сближения вкладышей. Для этой цели снимают слой металла с по¬
верхностей разъема или вынимают ранее поставленные тонкие про¬
кладки.Конструкция подшипника проста, но его, во-первых, регулиро¬
вание занимает много времени и требует разборки подшипника и,
во-вторых, искажается внутренняя цилиндрическая форма подшип¬
ника. Разъемы могут мешать образованию масляного клина. Та¬
кие подшипники применяются в некоторых конструкциях тяжелых
станков.У подшипника с прорезью и конической наружной поверхностью
(рис. 84, а) можно регулировать зазор без его разборки. Для это¬
го предусмотрены две гайки, которые втягивают подшипник в конус¬
ную расточку корпуса, благодаря чему он будет плотно охваты¬
вать вал. Для более легкой деформации на подшипнике часто вы¬
полняют радиальные шлицы. Сквозная прорезь обращена в сторо¬
ну пониженного давления.Хотя такая конструкция и удобна в эксплуатации, здесь также
происходит искажение формы зазора. Для некоторого устранения
этого искажения применяют; распор вкладышей клиньями после
их регулировки:В подшипниках скольжения с конической шейкой шпинделя
(рис. 84, б) регулирование зазора производится без искажения его
формы за счет осевого смещения подшипника. Так как конусность
шейки мала (от 1 : 30 до 1 : 10), то для восприятия осевых нагрузок
требуется подпятник.Такая конструкция применяется в ряде токарных станков сред¬
них размеров.В небольших прецизионных станках применяется конструкция
подшипника скольжения с конической поверхностью и дополни¬
тельным буртиком, воспринимающим часть осевых усилий (рис.
84, в). Недостаток шпинделей с конической шейкой заключается
в большей сложности изготовления точных поверхностей подшип¬
ника и шейки.Во всех конструкциях должна быть обеспечена надежная смаз¬
ка подшипника лучше с циркуляцией масла для его охлаждения и
фильтрациипо АЗРис. 84. Подшипники скольжения шпинделейМатериалы, применяемые для подшипников скольжения, были
рассмотрены выше (см. гл. 2, § 4).2.	Расчет подшипников на жидкостное трениеПодшипники скольжения шпинделей рассчитываются на жид¬
костное трение так, чтобы между шейкой вала и подшипником не
было непосредственного касания их поверхностей, чтобы их разде¬
лял слой смазки.При соблюдении этих условий подшипники могут работать про¬
должительное время, так как износ происходит только в кратко¬
временные периоды пуска и останова шпинделей или их реверса,
т. е. в периоды, когда они не находятся под рабочей нагрузкой.Расчет подшипников скольжения шпинделей проводится по двум
этапам.164
Первый этап
размеров подшипника-заключается в выборе ориентировочных•	его длины I и диаметра d, исходя из диа-
Рметрального удельного давления р = — и характеристики р • v,d»lгде Р — реакция в опоре, v — окружная скорость. Как известно,
характеристика pv связана в первую очередь с тепловым режимом
работы подшипника скольжения,
а при смешанном трении также с
износостойкостью сопряжения.Для шпинделей станков со
средними' числами оборотов
обычно р<30 кГ/см2 и pv == 10^-15 кГ/см2 -м/сек.Указанные значения pv являют¬
ся желательными, но применяемые
материалы могут выдерживать боль¬
шие значения р и v (см. гл. 2, § 4).Допустимое значение pv связа¬
но с материалом сопряжения и с
конструктивными размерами под¬
шипника. Как показали исследо¬
вания [103], более узкие подшип¬
ники могут допускать большие
значения pv. С точки зрения теп¬
лового режима более длинные под¬
шипники для сохранения аналогичных условий требуют уменьше¬
ния удельного давления обратно пропорционально /2 (где I — длина
подшипника). Соотношение / : d лежит обычно в пределах 1 2.
Однако для обеспечения жидкостного трения необходимо не толь¬
ко определить размеры подшипника, но и выбрать другие его па¬
раметры: диаметральный зазор между шпинделем и подшипником
Д = D — rf, чистоту поверхности шейки шпинделя и подшипни¬
ка, вязкость смазки и др.Второй этап расчета заключается в выборе этих парамет¬
ров на основе зависимости гидродинамической теории смазки и уточ¬
нения выбора значений d и /.Гидродинамическая теория жидкостного трения доказыва¬
ет, что при вращении вала в масляном слое создается гидродинами¬
ческое давление р, которое воспринимает внешнюю нагрузку Р
(рис. 85).Согласно этой теории положение вала в подшипнике и минималь¬
ная толщина масляного слоя Amin зависят от так называемой харак-, где п — число оборотов вала (или еговязкость масла, р — удельное давление.работы подшипника будут: =и.Рис. 85. Гидродинамическое дав¬
ление в подшипнике скольжениятеристики режимаругловая скорость), т)
Крайние случаи!1М
когда п = О, или р = оо — вал лежит в подшипнике и Лш1п = 0;
-^5- = оо, когда п—оо, или р = 0 — вал занимает центральное по-
рложение в подшипнике и Лш1п = — .0,002010 15 20 30 40 60 80100 200 300 600 1000 2000 ШО 10000
Цп
РРис. 86. График для определения минимальной толщины
масляного слоя hm\n и коэффициента трения / в подшипнике
скольженияПри всех других значениях характеристики режима минималь¬
ное значение толщины масляного слоя находится в пределах
0<Аш1п<0,5Д и имеет тем большее значение, чем выше число оборо¬
тов вала, вязкость масла и чем меньше нагрузка. Значение fim{n мож¬
но определять либо по графикам (рис. 86), либо по формуле:166
inт) rid2/CM,(6)183 600 Ap d +где Д, / и d (см)\ p (к[ /см2), n (об/мин), кГ-сек/м2 абсолютная
вязкость смазки.Вязкость смазки в значительной степени зависит от темпера¬
туры и может определяться по формуле:0,043£5О7] =кГ * сек/м?,(ОД./)2*6где t—температура масла в подшипнике в °С (t = 60-(7)75°);Еьо — вязкость масла в условных единицах (градусах Энглера)
при t = 50°С.Значение диаметрального зазора в шпиндельном подшипнике
А влияет также на точность обработки деталей и имеет следующие
средние значения:высокоточные станки	5-|-10 яшлифовальные станки 		10 -f-15 »токарные станки 	15-^25 »револьверные, сверлильные, фрезерныестанки нормальной точности	20-^30 »Если бы поверхности шейки шпинделя и подшипника были аб¬
солютно гладкие, то достаточно иметь очень малый слой смазки,
чтобы не было металличес¬
кого контакта. В действитель¬
ности на поверхности шей¬
ки шпинделя и подшипни¬
ка имеются шероховатости,
максимальное значение кото-
рых В1тах и &2тах определяетРис. 87. Схема расположения масляного
слоя между шпинделем и подшипникомвозможность разрыва масля¬
ной пленки.Условие сохранения слоя
смазки будет (рис. 87)Лтш > ^lmax °2тах*	(8)Величина 81тах и 82тах зависит от метода обработки поверхностей
и находится в пределах:при чистовой обточке, расточке и шлифованиисредней чистоты		 . . . 8 = 6 -f 16 мкпри гладкой обточке и расточке иАистовом шлифовании	’. . 8 = 2,5 -f- 6 »при алмазной расточке и высокочисто¬
вом шлифовании	8 = 1 2,5 »при суперфинише и полировании .... 8 до 1 »
Если зависимость (8) не соблюдается и, следовательно, имеет¬
ся опасность нарушения жидкостного трения, необходимо приме¬
нять следующие мероприятия!167
1.	Уменьшить зазор Д или увеличить вязкость масла.2.	Улучшить чистоту обработанной поверхности вала и подшип¬
ника.3.	Увеличить размеры подшипника с тем, чтобы уменьшилось
удельное давление р.Чем больше число оборотов шпинделя, тем меньше опасность
нарушения жидкостного трения и поэтому высокооборотные шпин¬
дели надежно работают в условиях гидродинамической смазки. Од¬
нако при расчете числа оборота шпинделя увеличивается коэффи¬
циент жидкостного трения f (рис. 86) и соответственно растет теп¬
ловыделение. В этом случае необходим тепловой расчет подшип¬
ника.3.	Тепловой расчет подшипников скольженияТепловой расчет подшипников скольжения заключается в срав¬
нении величин тепловыделения и теплоотвода путем решения урав¬
нения теплового баланса.Количество отводимого тепла при нормальной температуре смаз¬
ки (t = 60-^70°С) должно быть больше выделяемого. В противном
случае повышение температуры приведет к падению вязкости мас¬
ла, нарушению жидкостного трения и выходу из строя шпиндель¬
ного узла.Количество выделяемого в масляном слое тепла может быть под¬
считано по формуле•	3600 ккал/час,	4	(9)где Р — нагрузка в кГ;v — скорость шейки вала в м/сек;f — коэффициент жидкостного трения (пунктирные линии на
рис. 86).Для практических расчетов величина f — наиболее просто оп¬
ределяется по графикам (рис. 86) или по формуле П. И. Орлова/= 3,3. Ю-5-^.+0,55 W4) »’8	(Ю)\ I Jгде 1» = |;Д — диаметральный зазор в мм;D и / — диаметр и длина подшипника в мм;т] — вязкость масла в спз*;р — нагрузка на 1 см2 проекции шейки вала в кГ/см2;п — число оборотов вала в минуту.-	G точки зрения тепловыделения выгоднее иметь смазку с мень¬
шей вязкостью. Однако меньшая вязкость приводит к снижению• 1 спз ^ 10“4 кГ• сек/м2.168
характеристики режима работы подшипника. Поэтому чем меньше
диаметральный зазор А и чем выше число оборотов шпинделя, тем
меньшую вязкость смазки следует применять, так как с ростом п
опасность нарушения жидкостной пленки уменьшается, а* тепло¬
выделение увеличивается. Так, при п> 1000 об/мин и Д = 5 -г Ю мк
применяют смазку с вязкостью 3-^-4 ВУ (градусах Энглера).Отдача выделенного тепла происходит через подшипник и кор¬
пус передней бабки, а при циркуляции смазки часть тепла уносит¬
ся маслом. Количество отводимого тепла может быть подсчитано
по формулеQa = Kdl (tn —/0) + с • т .v (/вых — tn),	(11)гДе ^п> *вых> ^вх> — температуры в градусах по Цельсию соответ¬
ственно подшипника, окружающей среды, масла, вытекающего
из подшипника и подаваемого;d и / — диаметр и длина подшипника в см;
к — коэффициент теплоотдачи, отнесенный к 1 см2, проек¬
ции шейки вала в ккал/см2-сек-град;
с — теплоемкость масла в ккал/кг»град (с = 0,4 ~ 0,5);Y — удельный вес масла в кг!л (у = 0,87 0,89);
v — объем масла, прокачиваемого через подшипник, в л/мин.Значения коэффициента к определяются экспериментально и
полностью справедливы только для расчета температуры масляно¬
го слоя того узла, на котором они определены. Однако в практике
значения коэффициента теплоотдачи осредняются и для станков
его значение колеблется в пределах /с=(7-^21)- 10“6 ккал/см2-сек X
X град.Необходимо, чтобы при работе подшипника соблюдалось усло¬
вие(12)Тепловой расчет подшипников и заключается в проверке этого
соотношения по формулам (9) и (11).Следует иметь в виду, что формула (11) для определения коли¬
чества отводимого тепла дает лишь приближенное значение и не учи¬
тывает конструктивных форм и параметров подшипника и корпу¬
са передней бабки, которые в действительности существенно влия¬
ют на теплоотвод.Ю. Н. Соколовым [81] предложен более точный метод теплово¬
го расчета подшипников шпинделей. В этом расчете отдельно учи¬
тывается количество тепла, отводимое путем теплоотдачи в шейку
шпинделя и в подшипник.4.	Специальные подшипники скольжения шпинделейВ случае применения обычных подшипников скольжения воз¬никает целый ряд явлений, которые не учитываются классической
гидродинамической теорией смазки. Так, например, подшипник,
выполненный в виде обычной втулки, не обладает способностью
самоустанавливаться соответственно линии прогиба шпинделя (рис.
88), а это может привести к сухому трению у края подшипника,
что вызывает недопустимый нагрев и заедание. Кроме того, перекос
вала по отношению к подшипнику создает условия, подобные ра¬
боте шнека, в результате чего смазка может выбрасываться через
зазор подшипника.При работе шпинделя его ось смещается относительно оси под¬
шипника, причем величина смещения зависит от нагрузки и от
вида трения.При смешанном трении вал имеет контакт с подшипником, сме¬
щенный в сторону, противоположную вращению (рис. 89, а), при
жидкостном трений — в сторону направления вращения вала (рис.89,	б). Поэтому в случае перехода от состояния смешанного трения
к жидкостному (пуск шпинделя или увеличение его оборота), шпин¬
дель будет попеременно сдвигаться от средней линии и его состоя¬
ние может быть неустойчивым.Если жидкостное трение установилось, то хотя смещение и бу¬
дет в одну сторону, но его величина зависит от нагрузки на шпин¬
дель.Это явление наиболее неблагоприятно сказывается на работе
шлифовальных станков. При правке круга конец шпинделя испы¬
тывает лишь незначительное усилие. При шлифовании поперечное
усилие резко возрастает, что приводит к изменению положения оси
шпинделя. В результате на поверхности обрабатываемой детали
возникают неровности, являющиеся следствием перекоса шлифо¬
вального круга относительно детали. Сужение зазора только в од¬
ном месте вызывает соответствующее распределение нагрузок, как
это показано на рис. 85. Это приводит к неустойчивости положе¬
ния шпинделя, который колеблется по отношению к точке макси¬
мального давления в пределах имеющегося зазора.Если создать несколько клиновых зазоров, то можно заставить
гидродинамические силы действовать на шпиндель в различныхй>Рис. 88. Схема работы обычно¬
го —а и самоустанавливающегося —
б подшипникаРис. 89. Положение шпинделя в
подшипнике при смешанном — а и
при жидкостном — б трении170
направлениях и тем самым фиксировать его в постоянном положе¬
нии. Одним из первых типов такого подшипника является элас¬
тичная втулка, зажимаемая в трех точках и имеющая небольшую
конусность по наружной поверхности (рис. 90, а). При установке
этой втулки у поверхности шейки шпин¬
деля образуется три симметричных кли¬
нообразных зазора, форма которых не за¬
висит от нагрузки на подшипник и вяз¬
кости смазки.Существуют и другие конструкции под¬
шипников с несколькими плоскостями
скольжения, имеющие жесткий профиль.Конструкция таких подшипников не поз-0Рис. 90. Специальные подшипники сколь¬
жения шпинделей:а — с эластичной втулкой; б — сегментный;
в — миогоблочныйволяет им самоустанавливаться по
линии прогиба шпинделя, в силу че¬
го не исключено заедание краев втул¬
ки.Для возможности самоустановки
в прецизионных станках применяют-
' ся конструкции подшипников, со¬
стоящие из специальных самоуста-
навливающихся сегментов (рис.90,	б).Сегменты могут самоустанавливаться в тангенциальном направ¬
лении для образования масляного клина и немного в осевом наприи-
лении для самоустановки по образующей шейке шпинделя. Такая
конструкция хорошо себя зарекомендовала с точки зрения стабиль¬
ности положения оси шпинделя в подшипнике, но не всегда обеспе¬
чивает полного отсутствия кромочных давлений. Недостатком этих
подшипников является повышенный момент трения в период пуска.
Имеются и другие решения, упрощающие конструкцию самоуста-абнавливающегося подшипника. На рис. 90, в показана одна из но¬
вых конструкций, так называемый многоблочный подшипник, в ко¬
тором отдельные башмаки соединены между собой промежуточны¬
ми вставками-блоками из каучука или другого эластичного мате¬
риала.Благодаря этому достигается самоустановка башмаков. Кроме
того, эластичность прокладок позволяет легко регулировать зазор172
в подшипнике, затягивая подшипник в коническую наружную обой¬
му.Стремление обеспечить надежную самоустановку вкладышей
не только в направлении вращения, но и по оси, для избежания кро¬
мочных давлений, привело ЭНИМС к созданию новой конструкции
подшипника скольжения, предназначенного для шпинделей как
прецизионных станков, так и для станков нормальной точности.
В этих подшипниках (рис. 91, а) короткие вкладыши опираются на
упругую обойму, чтобы точно регулировать диаметральный зазор.
Конструкция вкладыша (рис. 91, б) и обоймы обеспечивает пово¬
рот подшипника в двух направлениях. Длина вкладышей доведенаРис. 92. Расчетная схема несущей способности многовкладышного под¬
шипникаДо соотношения L : D = 0,75, что способствует снижению потерь
на трение, повышает жесткость несущего масляного слоя и улучша¬
ет самоустановку вкладышей вдоль оси. Многовкладышный под¬
шипник такой системы надежно работает со скоростями скольже¬
ния до 18 м/сек.При расчете несущей способности и жесткости масляных кли¬
ньев многовкладышных подшипников необходимо учитывать спе¬
цифику их работы.Каждый вкладыш (рис. 92, а) в первом приближении может рас¬
сматриваться без учета его кривизны, т. е. как самоустанавливаю-
щаяся плоскость (рис. 92, в), положение и нагрузки которой^ оп¬
ределяются законами гидродинамики.. По проведенным расчетам
[78] на несущую способность вкладыша влияет отношение hi : /?0,
т. е. величин зазоров на входе и на выходе. Оптимальное отноше¬
ние этих величин будет 2,2. При этом обеспечивается наибольшая
несущая способность одного вкладыша Р (,кГ), которая может быть
подсчитана по формуле:(13)
где т) — вязкость масла в спз\п — (об!мин) — число оборотов вала;D — (мм) — диаметр расточки вкладышей;В — (мм) — длина дуги вкладыша;L — (мм) — длина вкладыша в направлении оси вала;Д — (мм) — диаметральный зазор;0 — (град) — координата точки опоры вкладыша относитель¬
но линии действия внешней силы;
е — (мм) — смещение центра вала под действием внешних сил;Несущая способность Р многовкладышного подшипника при задан¬
ном эксцентрицитете е равна векторной сумме несущей способности
всех вкладышейЖесткость /м несущих масляных клиньев может быть подсчи¬
тана по формуле:Для правильной работы вкладышей и обеспечения оптималь¬
ного соотношения hi : h0 необходимо, чтобы координата опоры вкла¬
дыша Ь0 (рис. 92, в) была равна Ь0 = 0,4 В.Наибольшей несущей способностью обладают те подшипники,
у которых вкладыши имеют возможность самоустанавливаться не
только по направлению вращения вала, но и вдоль его оси (см.
рис. 91).Определенные перспективы применения в станках имеют гидро¬
статические подшипники скольжения.Если в гидродинамических подшипниках вал затягивает масло
в зазор, действуя как насос и повышает давление в масляной плен¬
ке до величины, уравновешивающей внешнюю нагрузку, то в гид¬
ростатическом подшипнике давление в масляной пленке создается
специальным насосом высокого давления. Поэтому при любом чис¬
ле оборотов внешняя нагрузка уравновешена гидростатическим дав¬
лением в масляном слое.В этом случае при реверсе и останове шпинделя, а также при
любых низких числах оборотов обеспечивается жидкостное трение.
Срок службы может быть неограниченно большим.Недостатком гидростатических подшипников является боль¬
шой расход масла и необходимость иметь специальный насос для
подачи масла.Особенность конструкции гидростатических подшипников за¬
ключается в применении специальных карманов для подачи смазки1,25(14)174
с разных сторон (рис. 93). Если сделать подшипник с одним входным
отверстием для масла, то вал прижмется к противоположной стен¬
ке подшипника. Если просто подвести масло с нескольких сторон,
то масло будет вытекать со стороны большого зазора и гидроста¬
тического эффекта не будет. Поэтому выполняют специальные под¬
держивающие карманы, масло к которым дросселируется через тон¬
кие капиллярные трубки. Так как карманов несколько, получает¬
ся устойчивое положение вала.Имеется опыт применения гидростатических подшипников для
шпинделя токарного станка средних размеров. При подаче маслапод давлением р = 20 кГ1см2 в карманах обеспечивается давление
до 15 кГ/см2. Максимальная нагрузка на подшипник (d = 70 мм)
равна в этом случае 150 кГ.Расход масла 0,33 л/мин при вязкости Еъо = 2,3. Зазор в под¬
шипнике Д = 0,05 мм.Имеются примеры применения гидростатических подшипников
для быстроходных шлифовальных шпинделей.Гидростатические подшипники должны получить большее рас¬
пространение в станках.При высоких скоростях скольжения применение подшипников
с жидкостным трением ограничивается как тепловыделением, так
и возрастанием момента трения в смазочном слое.Момент трения в смазочном слое М подшипника скольжения
может быть выражен следующей приближенной формулой [93]:где г\ — абсолютная вязкость смазки;S — площадь рабочей поверхности подшипника (S ’=*= nDl);
Д — диаметральный зазор;D — диаметр шейки шпинделя;
v — скорость скольжения.Уменьшение момента трения за счет применения меньших днл-
метров шпинделей приводит к их низкой жесткости и виброустой¬
чивости. Использование смазок с малой вязкостью (керосин) р;»с-Рис. 93. Гидростатический подшипник• Об)
ширяет область работы подшипников скольжения до скоростей по¬
рядка v = 10 м/сек, но не выше.В связи с этим большой интерес представляет применение под¬
шипников с газовой смазкой (аэродинамических подшипников).Малая вязкость воздуха обеспечивает небольшой момент тре¬
ния и соответственно малое тепловыделение, поэтому не требуется
специальных устройств для отвода тепла, кроме вентиляции. Тем¬
пература и давление воздуха практически не влияют на его вязкость,
что обеспечивает стабильность работы подшипника.Разработанные в ЭНИМСе под руководством док. техн. наук
Шейнберга С. А. конструкции высокооборотных электрошпинде¬
лей на аэродинамических опорах (рис. 94) предназначены для чис¬ла оборотов до п = 144 000 об/мин. Шпиндель /, являющийся од¬
новременно и ротором высокочастотного асинхронного электродви¬
гателя, вращается в аэродинамических подшипниках 2 и 3. Подшип¬
ники установлены в конусных расточках опор 4 и 5, которые свя¬
заны с ободом тонким кольцом. Благодаря этому при затяжке вин¬
тов 6 кольцо деформируется, ступица повертывается и становится
возможной точная выверка соосности обоих подшипников. Воздух
или газ подается под некоторым давлением к подшипникам 2 и 3
и пористому подпятнику 7 через штуцер 8 и подводные трубки и ка¬
налы 9. При вращении шпинделя с большим числом оборотов обра¬
зуется упругая воздушная подушка, способная воспринимать нагруз¬
ку. Подшипник снабжен также системой отверстий, расположенных
по его краям, благодаря чему он приобретает дополнительные свой¬
ства аэростатического подшипника, т. е. невращающийся шпиндель
всплывает под действием поддуваемого в зазор сжатого воздуха.
В шпинделе предусмотрено также воздушное охлаждение подшипни¬
ков и ротора. Аэродинамические подшипники имеют перспективы
для применения в высокоскоростных шпинделях станков.176
§ 3. ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ ШПИНДЕЛЕЙ1.	Типы шпиндельных подшипников каченияДля шпинделей станков практически применяются все основ¬
ные типы подшипников качения: шариковые, радиальные и радиаль¬
ноупорные, роликовые с коническими и цилиндрическими роли¬
ками (рис. 95), а также специальные конструкции.Поскольку для шпинделей требуется высокая точность враще¬
ния, применяют подшипники повышенных классов точности: по-Рис. 95. Типы подшипников каче-	Рис. 96. Кривая жесткости шари-ния, применяемых для шпинделей	нового подшипника качениястанковвышенный (П), высокий (В), особо высокий (А), сверхвысокий (С),
а также промежуточных групп (ГОСТ 520—55).Выбор класса точности подшипника зависит от допуска на точ¬
ность вращения (биение) шпинделя, которая в свою очередь опре¬
деляется требуемой точностью обработки.Начальный контакт тел качения подшипников осуществляется
по линии или в точке, поэтому и зависимость между нагрузкой и
деформацией подшипника нелинейная. По Пальмгрену [57] для* 2шариковых подшипников имеет место зависимость: ош = /сш*/?3;для роликовых подшипников — Ьр = кр . /?0’9, где кш и/ср — коэф¬
фициенты, зависящие от числа и размеров тел качения.Таким образом, для роликовых подшипников зависимость де¬
формации от нагрузки близка к линейной и их жесткость почти
постоянна. Жесткость шариковых подшипников непостоянная и
имеет более низкие значения при малых нагрузках.Для повышения жесткости шпиндельных опор и устранения
зазоров между отдельными телами качения и кольцами применяется
так называемый предварительный натяг подшипников качения.
Предварительный натяг — это постоянная дополнительная нагруа-17/
ка Р0, которая тем или иным способом создается в подшипнике.
Благодаря предварительному натягу при действии рабочей нагруз¬
ки Р0 используется более пологая ветвь кривой деформации (рис.96)	и жесткость опоры возрастает. Хотя долговечность подшипника
при этом несколько понизится, так как на него будет действовать
суммарная нагрузка, равная рабочей и предварительному натягу
Р = Р0 + Рп , но получаемая более высокая точность шпиндель¬
ного узла является большим преимуществом данного метода.Рис. 97. Передняя опора шпинделя, воспринимающая ра¬
диальные и осевые нагрузкиСуществуют различные способы создания предварительного на¬
тяга. Они зависят от типа подшипников и конструкции опор. В
конических роликовых подшипниках предварительный натяг яв¬
ляется неотъемлемой особенностью их монтажа и создаются при по¬
мощи регулировочных гаек (см., например, рис. 43). В радиаль¬
ных шарикоподшипниках осевое смещение наружных или внутрен¬
них колец относительно друг друга также создает предваритель¬
ную деформацию в подшипниках. Это достигается обычно либо пос¬
тановкой распорных втулок или колец неодинаковой длины (рис.97), либо при помощи специальных пружин, которые обеспечивают
сохранение силы предварительного натяга, и при износе подшип¬
ников (см. рис. 79). В случае применения подшипников с цилиндри¬
ческими роликами предварительный натяг создается за счет дефор¬
мации внутреннего кольца подшипника, которое имеет конусную
расточку (рис. 97), и при помощи гайки затягивается на коничес¬
кую шейку шпинделя.178
В станкостроении применяются также специальные типы шпин¬
дельных подшипников качения, которые отличаются от обычных
не только повышенной точностью, но и конструктивными особен¬
ностями. Основная цель при создании специальных шпиндельных
подшипников заключается в повышении их точности, грузоподъем¬
ности и быстроходности. К таким подшипникам относится двухряд-Рис. 98. Шпиндельный узел фирмы UKFный подшипник с цилиндрическими роликами, выпущенный спе¬
циально для шпиндельных опор станков (см. рис. 95, е). Двойной
ряд роликов и их шахматное расположение повышает грузоподъем¬
ность подшипника. Цилиндрические тела качения могут быть об¬
работаны весьма точно и поэтому точность вращения шпинделей в
таких подшипниках может быть обеспечена в пределах нескольких
микрон. Расточка внутреннего кольца на конус позволит создавать
предварительный натяг в подшипнике. В результате этих преиму¬
ществ подшипники данного типа все шире применяются для шпин¬
дельных узлов различных станков, обеспечивая высокую точность,
жесткость и долговечность опор (рис. 50, 97).В практике станкостроения имеются примеры успешного при¬
менения стандартных узлов для опор шпинделей, включающих спе¬
циальные прецизионные подшипники и другие детали подшипли-
кового узла (стаканы, втулки, фланцы). В качестве примера на рис.
98 показан узел передней опоры шпинделя с подшипниками типа
UKF. Каждый духрядный шариковый подшипник вместо сепара¬
тора имеет разделяющие шарики, которые охватываются кольцом.
Наружные кольца подшипников разрезные, благодаря чему в под¬
шипнике может быть смонтировано больше шариков, чем в обыч¬
ных случаях и создан предварительный натяг. В результате, под¬
шипники допускают большие нагрузки и скорости при высокой точ¬
ности вращения.Подшипниковый узел целиком монтируется на шпиндель стан¬
ка и при износе может быть легко заменен. Посаженная на шейку
шпинделя втулка играет роль внутреннего кольца для обоих под¬
шипников, благодаря чему габариты узла не превышают обычные.2.	Конструкции опор качения шпинделейПри работе шпиндельного узла главную роль играет передняя
опора шпинделя. Она воспринимает основные нагрузки и находится
ближе к месту обработки. Поэтому компоновка шпиндельного узла
осуществляется обычно таким образом, чтобы в передней опоре на¬
ходились более точные подшипники, часто сдвоенные для увеличе¬
ния жесткости против поворота. Точность передних подшипников
часто выбирается на класс выше, чем задних. В том случае, если
осевые нагрузки воспринимаются передней опорой, задняя опора
выполняется плавающей, т. е. незакрепленной в осевом направле¬
нии.Установка упорного подшипника в задней опоре уменьшает
точность обработки в осевом направлении из-за тепловых деформа¬
ций шпинделя. В случае применения цилиндрических подшипни¬
ков восприятие осевых нагрузок можно осуществлять радиально¬
упорными подшипниками, установленными в передней опоре (рис.
99). Конструкции опор шпинделей весьма разнообразны.На выбор типа опор влияют величина и направление действую¬
щих усилий, скорости вращения, требования точности, условия мон¬
тажа и другие факторы. Поэтому можно указать лишь общие по¬
ложения по выбору типа опор.Шарикоподшипники применяются чаще для быстроходных ма-
лонагруженных опор (шпиндели внутришлифовальных станков,
небольших токарных станков и автоматов, сверлильных станков).
При повышенных нагрузках и требовании прецизионности более
целесообразно применять подшипники с цилиндрическими ролика¬
ми (шпиндели токарных и револьверных станков и автоматов, быст¬
роходных фрезерных станков средних размеров, тяжелых шлифо¬
вальных и резьбошлифовальных станков, планшайбы быстроход¬
ных карусельных станков).При повышенных нагрузках и средних скоростях широко при¬
меняются конические роликовые подшипники (шпиндели многорез-180
IM
цовых, фрезерных и других станков). Во многих случаях один и
тот же тип шпинделя может устанавливаться на разных подшип¬
никах, причем в зависимости от принятого конструктивного реше¬
ния при тех же габаритах обеспечиваются различные эксплуатаци¬
онные характеристики станка.В качестве примера на рис. 99 показан узел шпинделя горизон¬
тальнорасточного станка модели 2620. Расточный станок имеетРис. 100. Уплотнения шпиндельных подшипниковпо существу два шпинделя — полный внутренний, более быстро¬
ходный шпиндель борштанги и шпиндель планшайбы. При этом тре¬
буется строгая концентричность вращения обоих шпинделей и вос¬
приятие как радиальных, так и осевых сил резания. В более ран¬
них конструкциях этого узла применялись конические роликопод¬
шипники, по одному в передней и задней опоре каждого шпинделя.Как показал опыт эксплуатации, такое решение не отвечает в
полной мере требованиям прецизионности и в ряде случаев вызы¬
вает вибрации шпиндельного узла. Более рационален вариант с
применением двухрядных цилиндрических роликовых подшипни¬
ков для передней опоры шпинделей и конических подшипников
для задней опоры шпинделя планшайбы. Эти опоры обеспечивают
повышенную точность, жесткость и виброустойчивость шпиндель¬
ного узла и отвечают требованиям, предъявляемым к станкам по¬
вышенной точности. В некоторых конструкциях длинных шпинде¬
лей для увеличения жесткости применяется третья опора (см. рис.
43).Трехопорный шпиндель — это статически неопределимая сис¬
тема, причем опоры являются упругими с нелинейной функцией
деформации от нагрузки. Поэтому расчет и фактическое обеспече¬182
ние требуемых реакций в опорах затруднены. Есть мнение, что при
определенной посадке среднего подшипника промежуточная опора
будет играть роль демпфера возможных колебаний шпинделя. В
противоположность этому расчеты, проведенные в Чехословацком
научно-исследовательском институте металлорежущих станковVUOSO, показали, что третья опора обычно не нужна. Отказ от
среднего подшипника позволит несколько усилить шпиндель и уп¬
ростить конструкцию узла. При этом во многих случаях можно до¬
биться, чтобы жесткость двухопорной конструкции была не ниже
трехопорной. При проектировании подшипниковых узлов необхо¬
димо обращать внимание на уплотнения подшипников, защищаю¬
щие их от загрязнения и предотвращающие вытекание смазки. Ти¬
пичные конструкции уплотнений показаны на рис. 100. Манжет¬
ные уплотнения (рис. 100, а) из кожи, пластмассы или маслостойкой
резины заключаются в металлический кожух и прижимаются к ва¬
лу браслетной пружиной. Эти уплотнения выпускаются обычно в
виде готового комплекта с нормализованными габаритными разме¬
рами.В шпинделях станков более целесообразно применять лабирит-
ные уплотнения (рис. 100, 6), которые не имеют трущихся поверх¬
ностей и могут применяться при высоких числах оборотов.Сложные лабиритные уплотнения часто применяются в шпин¬
дельных узлах шлифовальных и других станков, работающих в за¬
пыленной зумосфере.На рис. 100, в показаны уплотнения для вертикальных валов,
уплотнения с кольцами типа поршневых при опасности сильного
загрязнения и комбинированное фетровое уплотнение с отражатель¬
ным кольцом, отбрасывающим масло.3.	Специфика расчета шпиндельных подшипников каченияПодшипники качения шпинделей рассчитываются общими ме¬
тодами, известными из курса «Детали машин». Подшипники подби¬
раются по коэффициенту работоспособности С, который, как из¬
вестно, связан с числом оборотов подшипника п об/мин, временем
работы h нас и приведенной нагрузкой Q = k . Qx кГ зави¬
симостьюQ - (n-h)0,33 = С,	(17)Для шпинделей станков расчетная долговечность подшипников
качения принимается обычно h = 10 000 час. Коэффициент ра¬
ботоспособности С для каждого типа подшипников приведен в ка¬
талогах. Приведенная радиальная нагрузка Q является функцией
радиальной R и осевой А нагрузок: Q = / (А\ R) и эта зависимость
установлена для каждого типа подшипника и приведена в соответ¬
ствующих ГОСТах. Обычно эта зависимость имеет вид Q = nR +т
+яь4, где пит эмпирические коэффициенты (для большинства под¬
шипников п = 1).Специфика расчета шпиндельных подшипников станков заклю¬
чается в выборе приведенной нагрузки Q = к . Qv учитывающей
особенности работы шпиндельного узла данного станка, в учете до¬
полнительной нагрузки на подшипник от предварительного натяга
и в ряде случаев оценки возможности работы узла на повышенных
числах оборотов. При определении нагрузок, во-первых, следует
учитывать переменность работы шпинделя станка, поскольку рабо¬
та происходит при различных числах оборотов и нагрузках. Эту
переменность можно учитывать коэффициентом долговечности Кх
по Д. Н. Решетову (см. стр. 40), так как подшипники качения вы¬
ходят из строя в результате усталости поверхности слоев. Во-вто¬
рых, следует учитывать, что шпиндель, несущий инструмент или за¬
готовку, подвергается дополнительным динамическим нагрузкам,
возникающим в процессе резания. Особенно это относится к обра¬
ботке многолезвийным инструментам (фрезерование, зубофрезеро-
вание, протягивание).Это учитывается коэффициентом динамичности &д, который в
первом приближении может быть принят для токарных, сверлиль¬
ных и шлифовальных станков кА = 1,5 и для фрезерных станков
/С, = 2.Таким образом, коэффициент при приведенной нагрузке будет
равен k — kx . &д. Усилие предварительного натяга подшипников
Л0 увеличивает осевую нагрузку А, которая становится равной
(А + Л0).Существует несколько формул для ориентировочного выбора
А9 в функции осевой и радиальной или только осевой нагрузок,
или в зависимости от параметров подшипников. Например, для
шарикоподшипников ЭНИМС рекомендует формулу:А0 = (0,03-0,04) 2*йЦкГ),
где 2 и d — число и диаметр шариков подшипника.Глава 6
КОРПУСНЫЕ ДЕТАЛИ СТАНКОВКорпусные детали станков включают станины, стойки, поперечи¬
ны и другие детали, образующие контур станка и служащие базой
для взаимного расположения основных узлов станка. К ним отно¬
сятся также корпуса коробок скоростей и подач, задние бабки,
суппорты, столы и планшайбы станков, которые воспринимая уси¬
лия при обработке передают их на станину и стойки. Корпусные
детали могут быть разделены на две группы. Первая группа — это
неподвижные корпусные детали, такие как станины, стойки и тра¬184
версы, бабки, которые могут устанавливаться в различные положе¬
ния, но неподвижно закрепляются во время обработки детали.Вторая группа — это подвижные корпусные детали — столы,
суппорты, планшайбы, ползуны, которые во время обработки пе¬
ремещаются по направляющим станины или стойки.От конструкции корпусных деталей во многом зависит точность,
жесткость и виброустойчивость всего станка.§ 1. НЕПОДВИЖНЫЕ КОРПУСНЫЕ ДЕТАЛИ
(станины, стойки, коробки, кронштейны)1.	Конструктивные формы станинСтанина является одной из наиболее ответственных деталей
станка, которая определяет многие его эксплуатационные качества.
Конструкция станины определяется следующими основными тре-Рис. 101. Станина продольнострогального станкабованиями: высокая жесткость и виброустойчивость, длительное
сохранение точности, технологичность конструкции и минималь¬
но возможный вес, удобное взаимное расположение отдельных уз¬
лов, наличие резервуаров для смазки и охлаждения и ниш для элек¬
троаппаратуры, удобство отвода стружки. На станине расположе¬
ны направляющие прямолинейного или кругового движения, ко¬
торые определяют точность перемещения узлов станка (см. гл. 7).
Все это приводит к тому, что станины современных станков весьма
разнообразны по конструктивным формам и представляют собой
сложную корпусную деталь.Станины могут быть горизонтальными и вертикальными (стой¬
ки). Горизонтальные станины тяжелых станков устанавливаются
непосредственно на фундамент по всей опорной поверхности (рис.
101). Станины легких станков устанавливаются на ножки, как
например, у токарных, револьверных (см. рис. 102), многих ин¬
струментальных и других станков, или на небольшую опорную и«>-
верхность основания станины' (фрезерные, шлифовальные, свер¬
лильные и др. станки).Сложные станины обычно состоят из отдельных частей (секций
горизонтальной станины, стоек), которые образуют основной кон-Рис. 102. Станина револьверного станкатур станка. По своей конфигурации станина с корпусными деталя¬
ми может образовать незамкнутый (открытый) контур, как это име¬
ет место у сверлильных, расточных, вертикалыюфрезерных, токар¬
ных и других станков. Для по¬
вышения жесткости часто приме¬
няют станину, которая совмест¬
но с перекладинами, траверсами
или другими корпусными дета¬
лями образует замкнутый кон¬
тур (станины продольностро¬
гальных и продольнофрезерных
станков, зубофрезерных, неко¬
торых токарных многорезцовых
и других станков). Эти стани¬
ны называют портальными. Фор¬
ма станин обычно приближает-
Рис. 103. Станина токарного станка Ся К коробчатой С внутреннимистенками и перегородками, ко¬
торые нужны для повышения жесткости и для образования отдель¬
ных полостей и отсеков. На рис. 101 показан разрез станины и стола
продольнострогального станка, откуда видно, что основные стан¬
ки соединены поперечными перегородками (ребрами), которые су¬
щественно увеличивают жесткость станины. Для еще большего уве¬186
личения жесткости часто применяются ребра специальной конфи¬
гурации, например диагональные (рис. 102) или Я-образные (рис.
103). В поперечном сечении станины и стойки могут иметь различ¬
ный профиль (рис. 104).Замкнутый профиль (рис. 104, а) характерен для стоек фрезер¬
ных, сверлильных и других станков. Для горизонтальных станин
применяется либо открытый профиль (рис. 104, в), когда две стен¬
ки соединены ребрами той или иной формы {токарные, револьверные,
расточные и др. станки), либо полуоткрытый (строгальные, гори-сЙГczzpC2ZJРис. 104. Профиль поперечного сечения станинзонтальнофрезерные и другие станки), когда у станины имеется
верхняя или нижняя стенка (рис. 104, б).При необходимости отводить большое количество стружки ста¬
нине придают специальную форму, например с наклонной стенкой
и окнами в боковой стенке (рис. 104, г). Основные стенки станины
могут быть выполнены двойными (рис. 103).Большинство станин выполняется литыми из чугуна марок
СЧ-32-52 и СЧ-21-40. Литые станины при прочих равных условиях
более виброустойчивы, так как чугун имеет большой коэффициент
внутреннего трения и обладает способностью гасить возникающие
колебания. Однако стремление снизить вес станины, который в
литых конструкциях достигает 30% от веса станка, заставляет кон¬
структоров изыскивать возможность применения сварных станин.
Сварная станина может быть изготовлена в более короткие сроки,
поддается модернизации и исправлению путем приварки допол¬
нительных ребер и допускает использование для направляющих
более качественных материалов, чем для всей станины. Поэтому
сварные станины должны получить более широкое распростране¬
ние [41]. Для тяжелых уникальных станков имеется опыт созда¬
ния железобетонных станин.2.	Расчет станин на жесткостьЖесткость станины является главным критерием для оценки
ее работоспособности, и основные технические расчеты относятся
к оценке деформаций станины при действии на нее рабочих нагру¬
зок. Из-за сложности конструктивных форм станин аналитическое
решение этой задачи весьма затруднительно и возможно лишь при]Я7
определенных предпосылках и упрощениях. Глубокие исследова¬
ния и разработка методики расчета станин на жесткость проведены
в ЭНИМСе под руководством профессора Д. Н. Решетова [35]. Ос¬
новные положения этой методики использованы при изложении
данного раздела.Расчет станин на жесткость складывается из следующих этапов:1.	Выбор расчетной схемы станины и определение усилий, дей¬
ствующих на станину.2.	Расчет деформаций станины под действием этих усилий.3.	Сравнение полученных деформаций с допустимыми и уточне¬
ние конструктивных параметров станины для повышения ее жестко¬
сти.Расчетная схема станины выбирается обычно,
как балки постоянной жесткости (рис. 105). Для горизонтальных
станин это двухопорные балки с расчетной длиной /р, равной рас¬
стоянию между ножками станины или между опорными точками,
на которые устанавливается станок. Здесь не рассматриваются ста¬
нины, скрепленные с фундаментом по всей длине (см. гл. 14, § 1).Вертикальные станины (стойки) заменяются консольными бал¬
ками с расчетной длиной /р деформируемой части. Для портальных
станин расчетной схемой будет жесткая статически неопределимая
рама. Силы, действующие на станину, определяются усилиями ре¬
зания, весом узлов и обрабатываемых заготовок инерционными на¬
грузками. Определение усилий, действующих на основные звенья
станка и, в первую очередь, на станину, см. гл. 12, § 3.Расчет деформаций станины под действием внеш¬
них усилий является наиболее сложной задачей. В общем случае188
станина подвергается изгибу в двух плоскостях и кручению. В слу¬
чае замкнутого профиля поперечного сечения расчет деформаций
может быть произведен обычными методами сопротивлений мате¬
риалов на основании расчета соответствующих моментов инерции
селения. Если по длине балка имеет переменное сечение, то за рас¬
четное выбирается сечение, находящееся на расстоянии 1/3 длины
от наибольшего. Влияние поперечных ребер и перегородок на жест¬
кость изгиба и кручение
при замкнутом контуре не¬
велико и может не учиты¬
ваться.Если в стенках станин
и стоек имеются окна, не¬
обходимые для размещения
механизмов и аппаратуры,
то это ослабляет жесткость
станины. При изгибе наи¬
большее влияние оказыва¬
ют окна, расположенные в
стенках, перпендикуляр¬
ных плоскости изгиба и
максимально удаленных от
нейтральной оси сечения.При кручеиии брльше
ослабляют окна, находя¬
щиеся в узкой стенке.Влияние окон при боль¬
шой их длине весьма зна¬
чительно и может понижать
жесткость на кручение от
2 до 10 раз.Коэффициент пониже¬
ния жесткости может быть определен расчетным методом или по
графикам, приведенным в работе [34].При расчете деформаций станин незамкнутого профиля необхо¬
димо учитывать влияние ребер, соединяющих стенки станины. Как
показали экспериментальные исследования ЭНИМС, ребра не ока¬
зывают существенного влияния при изгибе станины в вертикаль¬
ной плоскости (рис. 106, а) и при определении деформации можно
брать момент инерции сечения /у относительно нейтральной оси
у—у. В случае необходимости увеличения жесткости в вертикальной
плоскости следует либо делать приливы (ребра) на внутренней стен¬
ке станины, либо делать стенки двойными, как показано на рис. 10;*.При изгибе в горизонтальной плоскости (рис. 106, б) ребра ока¬
зывают существенное влияние на жесткость. Если бы ребра отсут¬
ствовали, то изгиб стенок происходил бы относительно нейтраль¬
ной оси сечения каждой стенки zf — г' и жесткость была бы оченьZ*ZгРис. 106. Изгиб станин в различных плос¬
костях
низкой. Наоборот, при абсолютно жестких ребрах обе стенки ста¬
нины будут работать как одно целое, и момент инерции 12 должен
быть подсчитан относительно оси г — г. В действительности ребра,
соединяющие стенки станины, не обеспечивают работы двух сте¬
нок как одного сечения, и расчетный момент инерции /р может быть
в первом приближении получен на основании экспериментального
коэффициента /сизг, оценивающего жесткость ребер при работе на
изгиб: /р = кизг • 1г .Для прямоугольных (поперечных) ребер АГизг = 0,1 -^-0,2.
Для Л-образных ребер (см. рис. 103)	ктт = 0,3-=- 0,45.Для диагональных ребер (см. рис. 102) кизг = 0,4 0,5.
Из этих данных, полученных для станин токарных станков, видно
существенное влияние типа ребер на жесткость станины при изгибе.
При уточненных расчетах станины рассматриваются как плоские
рамы (поперечные ребра) или фермы (диагональные ребра). При
решении данной статически неопределимой системы применитель¬
но к случаю нагружения станины сосредоточенной силой, прило¬
женной в середине (рис. 106, в)у получены формулы для расчета
приведенной жесткости сечения (£7)прив. Эти значения следует под¬
ставить в обычную формулу деформации при изгибе двухопорной
балкиP.L3/ = —	, (1)' 48(£/) прив	V 7где f — наибольшая деформация станины в горизонтальной плос¬
кости;Lp — расчетная длина станины;Р — сила, изгибающая станину в горизонтальной плоскости.
Приведенная жесткость станины определяется по следующим
формулам.Для станин с поперечными ребрами(£/)прив=51.£./ст>	(2)где /ст — момент инерции на изгиб одной стенки;Sl — коэффициент, зависящий от числа ребер п.При п = 1 S, = 8, а при увеличении п коэффициент 51 возрастет
и может быть подсчитан по формулам, приведенным в работе [35].
Для станин с диагональными ребрами(£/)nP„B = 52.£.L2p.FCT,	(3)где FCT — площадь поперечного сечения стенки и S2 — коэффициент,
который определяется в зависимости от числа ребер п по
следующей формуле:190
где а — половина угла между диагональными ребрами (рис. 106, в)\
Fn—площадь поперечного сечения ребра (перегородки); .
а — коэффициент, зависящий от числа стенок (табл. 12).Таблица 12п =246810а —136,31117Во многих случаях основное влияние на жесткость станины ока¬
зывает деформация кручения.При расчете на кручение замкнутых профилей станины
(рис. 107, а) можно пользоваться соответст¬
вующими формулами для тонкостенных про¬
филей:== MjrLg в у 1±	(5)* 4<Я" " ЬГ	К)где ср—угол закручивания (рад);Lp — расчетная длина станины;G — модуль упругости второго рода;Мк— крутящий момент;F — площадь, ограниченная средней ли¬
нией стенок;// — длина участка контура;bt — толщина участка контура._	„	// П	Рис- Ю7. РасчетнаяПри одинаковой толщине Ь стенок 2^ = —*	*хема для определения_	,	°1 *	угла закручивания ста-где П — периметр профиля по средней ли-	ниныНИИ.Незамкнутые профили обладают значительно более низкой жест¬
костью на кручение, чем замкнутые. Если сравнить жесткость на
кручение двух профилей одинакового размера, замкнутого и сос¬
тоящего из двух стенок, соединенных ребрами (рис. 107, а и б), то
получим следующие значения коэффициента понижения жесткости
на кручение ккр (на основании эксперимента для моделей станин
токарных станков).Для прямоугольных (поперечных) ребер ккр = 0,08 0,2
Для П-образных ребер	ккр == 0,15 ~ 0,:tДля диагональных ребер	ккр = 0,25 ; 0 1
При аналитическом расчете жесткости станин с ребрами на кру¬
чение при составлении расчетной схемы разделяют станину на от¬
дельные отсеки и определяют усилия, действующие в каждом от¬
секе, и угол его закручивания.Полный угол закручивания ср, полученный как сумма углов за¬
кручивания отсеков, сравнивается с углом закручивания бруса
постоянного сечения той же длины<Р =(С?«/кр )пр(6)где приведенная жесткость (G /кр)пр для станин различной формы
подсчитывается по данным, приведенным в работе [35].Так, например, для станин с поперечными ребрами приведенная
жесткость будет(0/,р)„р - , BVUjIl -	(7)LkL 2 , О
6kLp+2gfc;где В —ширина станины;/сту—момент инерции на изгиб в вертикальной плоскости бо¬
бковой стенки;/’ст —площадь поперечного сечения вертикальных участков
стенки;к —коэффициент, зависящий от числа ребер.При отсутствии ребер к — 1. При п ^ 1 коэффициент к опреде¬
ляется по специальным графикам.Допустимые значения деформаций ста¬
нины должны определяться в первую очередь из условия высокой
точности обработки. Поэтому рассчитывается перемещение инстру¬
мента (или детали) в направлении, влияющем на точность обработки.
Так, например, для токарных станков следует подсчитать суммар¬
ное перемещение резца f0 в радиальном направлении, в результате
деформации станины:/о = /г + 9	(8)где /г — деформация станины от изгиба в горизонтальной
плоскости под резцом;<р —угол закручивания станины в сечении под резцом;Н — расстояние от оси станины до линии центров станка.Деформация станины должна составлять лишь часть допускае¬
мых деформаций резца (не более 5—10%), поскольку главную роль
играет жесткость суппорта.Для токарных станков средних размеров суммарная деформа¬
ция станин, приведенная к инструменту, лежит в пределах /0 =
=0,04-f0,07 мм. Величина деформации пропорциональна радиаль¬
ной составляющей силы резания Ру:192
Л = * •—(**).Для отечественных моделей токарных станков коэффициент к
имеет следующие значенияТаблица 13Модель станка1А621К621620Коэффициент к1058468Из таблицы видно, что станины более новых моделей и прецизион¬
ных станков имеют пбвышенную жесткость.Расчеты и анализ жесткости станин позволяют сделать выводыо	выборе рацибнальных конструктивных параметров станины. Так,
для станин токарных станков существенное влияние на жесткость
оказывает ширина станины (В), которую следует выбирать пример¬
но равной высоте (Я). Для коротких станин влияние конструкции
ребер невелико, а для длинных станин лучшие показатели дают
диагональные ребра. Жесткость станин с замкнутым профилем
всегда выше, чем при любом типе ребер.Необходимо отметит*; что при упрощенных расчетах станин
можно вместо деформаций определить наибольшие напряжения, ко¬
торые не должны превосходить 100—120 кГ/см2. Такие низкие зна¬
чения напряжений диктуются условием длительного сохранения
точности станин и косвенно учитывает условие жесткости.3.	Корпуса коробок скоростей и подачКорпуса коробок скоростей и подач, закрепляемые на станине
или стойках станка, имеют обычно коробчатую форму. Их размеры
определяются размерами и расположением механизмов привода
и управления. Большую роль играют также технологические требо¬
вания, предъявляемые к сложным отливкам. Корпуса коробок ско¬
ростей и подач, как правило, являются самостоятельными отлив¬
ками, которые прикрепляются к специальным базовым поверх¬
ностям станины или стойки. В редких случаях создается так назы¬
ваемая моноблочная конструкция, когда коробка скоростей и ста¬
нина отлиты за одно целое (см. рис. 102). Хотя жесткость при этом
повышается, но технологические трудности и более сложный ре¬
монт направляющих станины не позволяют рекомендовать такой
метод.В зависимости от примененного метода монтажа валов коробки
выполняются (см. гл. 3, рис. 41) неразъемными (осевой монтаж пл-
лов) и разъемными (узловой монтаж валов). Второй способ приво¬7 З^каз 152
дит к увеличенным габаритам коробки, но более удобен с точки зре¬
ния монтажа валов, так как они могут устанавливаться в собран¬
ном виде, вместе с шестернями, подшипниками, муфтами. Поэтому
этот метод применяется чаще в тяжелых станках.Применяются и промежуточные конструкции^. В качестве при¬
мера конструктивного оформления корпуса коробки скоростей на
рис. 108 показаны разрезы корпуса шпиндельной бабки станка
1К62. Внутренние перегородки предназначены для расположенияРис. 108. Корпус шпиндельной бабки станка 1К62опор коротких валов. В нижней части корпуса имеются платики
для крепления коробки к станине.Те коробки скоростей, которые должны устанавливаться в раз¬
личные положения, например у расточных, зубофрезерных и дру¬
гих станков, перемещаются по направляющим станины или стой¬
ки и закрепляются во время обработки специальными механизмами
зажима (см. гл. 10., § 2).Корпуса коробок также должны иметь достаточную жесткость
и обеспечивать требуемую точность и виброустойчивость. Аналити¬
ческий расчет деформаций весьма сложен и дает лишь приблизитель¬
ные значения, так как трудно учесть влияние ребер, окон, бабышек
и других конструктивных особенностей коробки. Наиболее надеж¬
ные результаты дает экспериментальная проверка на жесткость.4.	Поддерживающие корпусные детали
(траверсы, кронштейны, перекладины, консоли)Корпусные детали — поперечны и траверсы продольностро¬
гальных и продольнофрезерных станков, рукава радиаЛьносвер-
лильных, хоботы горизонтальнофрезерных станков служат для под¬
держки узла инструмента или являются элементом рамной сис¬
темы, образующей портальную конструкцию станка. Консоли го¬
ризонтально- и вертикальнофрезерных станков, столы вертикаль¬
носверлильных станков служат для поддержки узла с закреплен¬194
ной обрабатываемой деталью (заготовкой). Поддерживающие кор¬
пусные детали должны обеспечить высокую жесткость при работе
на изгиб и кручение; при работе консолей важно правильно вы¬
брать форму поперечного сечения и форму балки подлине. Так, ру¬
кав радиальносверлильного станка (см. рис. 22,а) у основания имеет
больший момент инерции для восприятия изгибающих моментов.
Поперечное сечение представляет собой замкнутый профиль, имею¬
щий высокую жесткость приизгибе и при кручении.Элементы, образующие рам¬
ную конструкцию, например
траверсы (поперечины) и пе¬
рекладины в продольностро¬
гальных, ^ продольнофрезер¬
ных й карусельных станках,
имеют конструкцию коробча¬
той формы, усиленную ребра¬
ми той или иной формы (рис.
109).1200а)Ось поперечиныОсь стойкиб), рм Р<1 /V/Рис. 109. Сечение перекладины
продольнофрезерного станкаРис. 110. Расчетная схема порталаПринципы, положенные в основу выбора типа сечения и ребер,
те же, что и для станин, поскольку главным требованием является
высокая жесткость траверс и перекладин. Перекладина соединяет¬
ся со стойкой при помощи болтов, а траверса закрепляется на на¬
правляющих стоек* Перекладины часто выполняются сварными.Из деформаций траверсы основное значение имеет кручение,
поэтому лучше, если поперечное сечение приближается к простой
прямоугольной форме.Корпусные детали, которые могут устанавливаться в различ¬
ные положения по направляющим станины или стойки, должны
затем надежно закрепляться. В конструкциях станков предусмат¬
риваются специальные механизмы для закрепления после переста¬
новки траверс, рукавов, консолей. Для тяжелых корпусных де¬
талей, перемещающихся в вертикальной плоскости, устанавливает¬
ся противовес, который помещается обычно внутри колонны7*
станка. Благодаря этому для перемещения узла требуется преодоле¬
ние только сил трения и инерции и может быть достигнута боль¬
шая точность установочных перемещений.Расчет перекладин и траверс производится, исходя из условий
жесткости, как элементов портальной (рамной) конструкции. При
этом следует выявить то направление деформаций элементов пор¬
тала, которое наибольшим образом влияет на точность обработки.
В этом отношении характерно рассмотреть условия работы и кон¬
структивное оформление порталов карусельных, продольнофрезер¬
ных и продольнострогальных станков.Исследование баланса упругих перемещений в портальных стан¬
ках [35] показало, что жесткость портала оказывает существенное
влияние на точность обработки в основном при перемещении
инструмента в направлении оси х (рис. 110). При выборе расчет¬
ной схемы соединение поперечины со стойками полагается шар¬
нирным, а портал рассматривается как симметричная рама (рис.
110, б).Расчеты жесткости станков портального типа рекомендуется
проводить при таком положении верхнего суппорта, когда точка
приложения силы расположена по оси стола или планшайбы.При нагружении системы силой Рх стойки портала будут испы¬
тывать изгиб в плоскости меньшей жесткости под действием силР	Р иР = — и кручение под действием момента М = —с-т , где уст —расстояние от оси, проходящей через центры тяжести сечений стой¬
ки, до плоскости направляющих стойки (рис. 110, а и б). Под дей¬
ствием этой нагрузки и определяются перемещения стоек в месте
соединения с траверсой (поперечной), характеризующие жесткость
портала.Жесткость перекладины оценивается совместно с работой всей
рамы. Для повышения жесткости перекладины можно применять
более развитую верхнюю стенку, как это принято в продольнофре¬
зерных станках (рис. 109).Жесткость траверсы (поперечины) может в первом приближе¬
нии рассматриваться, как для балки на двух шарнирных опорах.5.	Температурные деформации станин
и других корпусных деталейТемпературные деформации станин и других корпусных дета¬
лей, особенно в случае их неравномерного нагрева, могут «оказать
существенное влияние на точность обработки. Неравномерность
нагрева происходит вследствие тепла, выделяемого при работе от¬
дельных механизмов станка, в процессе резания при циркуляции
охлаждающей жидкости и других причин.Температурные деформации станин и стоек могут быть рассчи¬
таны, если предположить, что эти деформации пропорциональны196
средним температурам. Тогда линейные температурные деформации
станин AL определятся выражениемAL = s-L-tc,	(9)где L — длина станины в мм;е— коэффициент линейного расширения в — ;°Сtc — средняя температура.Для чугуна е= 10-5	^	.градИскривление нейтральной оси станины и стрела прогиба, выз¬
ванные неравномерным распределением температур, могут быть оп¬
ределены, если /принять линейное
распределение средних температур
по высоте сечения станины и рас-	'сматривать станину как балку (рис. .111). ^При указанных допущениях стре- ^ла прогиба л: и угол ср относитель- t2ного поворота двух сечений на рас-		-Jстоянии L друг от друга определя- n 1f1 ^Рис. 111. Схема температурных
ются выражениями	деформаций станиные • L2 • А/	z*L-At	/lmх =	; <р =	—, , (10)8 Н 1 Н	V 1	9 'где At — разность средних температур верхней и нижней поверх¬
ностей станины в °С;Я—высота станины в мм.Эти формулы получены .на основании тех же предпосылок, что
и при рассмотрении температурных деформаций станины, скреплен¬
ной с фундаментом (см. гл. 14, § 1).Средние температуры верхней и нижней поверхностей станины
(сечений), определяющие величину деформаций, могут быть най¬
дены, если известно температурное поле станины.Поэтому при проектировании станин следует учитывать распо¬
ложение источников тепла с тем, чтобы свести к минимуму их тем¬
пературные деформации (см. рис. 29 и 31).Теплообразование в быстроходных и нагруженных коробках
скоростей может привести к таким температурным деформациям
корпуса коробки, которые отразятся на точности обработки.Анализ температурных деформаций корпусов шпиндельных ба¬
бок показывает [79], что они определяются в основном температур¬
ными полями отдельных стенок. Обычно такими стенками являют¬
ся стенки, несущие опоры шпинделей. При этом температурные
перемещения шпинделей пропорциональны средней избыточном
температуре стенок на участках, входящих в размерную цепь:
станок — изделие — инструмент.72 Заказ 152
Исходя из этого, для практических расчетов можно принять,
что температурные изменения расчетного размера стенок коробок
(например, высота центров) пропорциональны средней температу¬
ре на этом участке; т. е. пользоваться формулой (9).§ 2. ПОДВИЖНЫЕ КОРПУСНЫЕ УЗЛЫ И ДЕТАЛИ
(СТОЛЫ, СУППОРТЫ, ПОЛЗУНЫ, ПЛАНШАЙБЫ)Подвижные корпусные детали составляют основу тех узлов стан¬
ков, которые предназначены для закрепления и рабочего переме¬
щения обрабатываемой детали (столы фрезерных, строгальных,
расточных, шлифовальных станков, планшайбы карусельных зу¬
бофрезерных станков) или для установки и рабочего перемещения
режущего инструмента (суппорты токарных, револьверных, зубо¬
фрезерных станков, ползуны зубофрезерных станков, ползуны по¬
перечнострогальных и долбежных станков).Все эти узлы имеют направляющие прямолинейные или круго¬
вого движения, которые имеют большое значение для обеспечения
точности и долговечности станка и поэтому рассмотрены отдельно
в гл. 7.1.	СтолыДля столов станков характерна коробочная форма с одним из
размеров, значительно меньшим двух других, и наличие плоскос¬
ти с пазами для установки и закрепления детали (см. рис. 101).Для увеличения жесткости тело стола, как правило, усиливают
продольными и поперечными ребрами. Тяжелые столы, например
продольнострогальных станков, часто делают составными.Узел стола станка может быть относительно простым и состоять
из одного стола, перемещающегося по направляющим станины, или
состоять из нескольких корпусных деталей (салазок, стола, пово¬
ротной части), перемещающихся друг относительно друга и обра¬
зующих общий сложный узел.На стол станка действуют изгибающие и крутящие моменты,
поэтому целесообразно применять сечения замкнутого профиля.
В первом приближении расчет столов на жесткость можно вести
без учета ребер. Полученный результат будет соответствовать за¬
ниженной жесткости и поэтому при наличии ребер будет допол¬
нительная гарантия правильной работы стола.Допустимые значения деформации стола выбираются, исходя
из требований прямолинейности рабочей поверхности стола, на
которую устанавливается деталь, и из условия нормальной работы
направляющих прямолинейного движения.Примером стола, состоящего из двух элементов, может служить
стол координатнорасточного станка (рис. 112), состоящий из ниж¬
них салазок 1 и стола 2. Салазки и стол перемещаются по направ¬
ляющим качения в двух взаимно перпендикулярных направлениях198
и обеспечивают подвод к .инструменту любой точки обрабатывае¬
мой поверхности.Салазки перемещаются в поперечном направлении й опираются
по концам на направляющие станины 3. Средние направляющие
салазок 4 не воспринимают вертикальных нагрузок, поэтому са¬
лазки работают, как балка на двух опорах. Для создания жесткойконструкции салазки имеют поперечные и продольные ребра, раз¬
витые в средней части. Стол станка также имеет достаточно жест¬
кую конструкцию.Столы с верхней поворотной частью, как например у горизон¬
тальнорасточных станков, имеют еще более сложную конструкдию.
В корпусе таких столов помещаются приводные механизмы и ме¬
ханизмы переключения движения стола (см. рис. 202 и 203).2.	Суппорты и ползуныСуппорты станков отличаются большим разнообразием конструк¬
тивных форм. При необходимости обеспечить разнообразное пере¬
мещение инструмента (продольное, поперечное, поворот) суппорты
состоят из каретки (салазок) и собственно суппорта с поворотной
частью. В этом случае на выбор размеров и формы корпусных дета¬
лей влияет требование получения минимальной высоты всей конст¬
рукции. Типичным примером таких конструкций являются суп¬
порты токарных станков средних размеров (рис. 113). Узел суп¬
порта в этом случае состоит из каретки, перемещающейся по на¬
правлениям станины, нижней части суппорта, которая переме-72*
лНЯсаноиоконолОноянлкКкСиооЬйОниVOС\ГКа,200
£01Рис. 113,
г1CQ202Рис. 113,6. Суппорт токарного станка 1К62
щается в поперечном направлении по направляющим каретки; по¬
воротной части и верхних салазок, несущих резцовую головку.
Привод суппорта осуществляется от механизмов коробки подач,
а переключения на ручную или механическую подачу производят¬
ся в фартуке станка, прикрепленном к каретке суппорта.Поворотная часть суппорта обеспечивает обработку конусов.
На плоскости суппорта может устанавливаться резец для ко¬
пировальных работ.Разрез ло 6Б-ВВРис. 114. Каретка суппорта токарного станкаФорма каретки суппорта (рис. 114) определяется необходимо¬
стью подводить суппорт к передней бабке и устанавливать заднюю
бабку так, чтобы она не мешала движению суппорта. В результате
каретка делается с так называемым узким мостом с крыльями для
направляющих.2UJ
В тяжелых и многорезцовых станках, где требуется восприятие
больших усилий, стремятся к коробчатой более жесткой форме суп¬
портов. На жесткость суппортной группы основное влияние ока¬
зывает не жесткость корпусных деталей, а жесткость стыков (см.
гл. 2, § 3). Поэтому главным мероприятием для повышения жест¬
кости суппорта является упрощение его конструкции и уменьше¬
ние числа стыков, а уже во вторую очередь повышение жесткости
самих корпусных деталей. Для ползунов поперечнострогальных,
долбежных и других станков характерна работа их как консоль¬
ных балок с переменной величиной вылета (рис. 191). Высокая жест¬
кость ползуна необходима не только с точки зрения нежелатель¬
ного отклонения инструмента от прямолинейной траектории, но
и для правильной работы направляющих. На ползун действует си¬
ла резания, которая создает игибающие и крутящий моменты. Для
определения деформаций ползуна необходимо рассматривать его
консольную часть и часть на направляющих как балки на упругом
основании. Контактные деформации часто имеют большую величи¬
ну, чем деформация тела ползуна.3.	Планшайбы и поворотные столыПланшайбы обеспечивают непрерывное вращение заготовок у
карусельных, зубофрезерных, фрезерных, плоскошлифовальных
и других станков, а поворотные столы предназначены для периоди¬
ческого поворота заготовок в много позиционных станках.Планшайба представляет собой круглый стол коробчатой фор¬
мы, усиленный радиальными и кольцевыми ребрами.Планшайбы опираются на круговые направляющие и жестко
соединены со шпинделем. Для лучшей работы планшайбы, осо¬
бенно при обработке высоких изделий, шпиндель выполняется бо¬
лее длинным, так как его опоры воспринимают часть опрокидываю¬
щих моментов (рис. 115).При плоских направляющих опоры шпинделя воспринимают
также сдвигающие усилия.Планшайбы средних и тяжелых станков имеют короткий шпин¬
дель и две направляющие кругового движения. В карусельных
станках больших размеров применяются две планшайбы — внутрен¬
няя и внешняя — для того, чтобы не вращать всю планшайбу при
обработке деталей средних размеров и выбирать рациональные ско¬
рости резания.Привод небольших планшайб может осуществляться от шестер¬
ни привода, а для средних и тяжелых станков за венец.Для привода столов зуборезных станков, где требуется соблю¬
дение точного передаточного отношения между шпинделем и сто¬
лом, применяется червячная пара (см. рис. 119, 170).Рабочая поверхность планшайбы имеет пазы для установки и204
шРис. 115. Планшайба тяжелого карусельного станка модели 1532
закрепления детали, а в ряде случаев и отверстие в шпинделе для
установки оправки.К планшайбам станков предъявляются повышенные требования
по жесткости, так как их деформация приводит к нарушению точ¬
ности обработки и правильного контакта в направляющих. Силами,
действующими на планшайбу, являются: усилие резания (состав¬
ляющие Рх> Ру, Рг)9 вес изделия и планшайбы, усилия, возникаю¬
щие при зажиме кулачками изделия.Деформации планшайб могут быть подсчитаны по формулам,
применяемым для круглых пластин, если в них подставить вместо
цилиндрической жесткости ее приведенное значение [48].Оптимальная высота планшайбы с точки зрения жесткости дол¬
жна быть не менее 0,12^-0,16 диаметра.Длинные двухопорные шпиндели воспринимают некоторую
долю опрокидывающего момента и тем самым увеличивают жесткость
планшайбы.Имеют значение также температурные деформации планшайбы,
особенно при работе быстроходных станков. Основным источником
теплообразования является трение в направляющих. Работоспособ¬
ность планшайб во многом определяется качеством их направляю¬
щих.Глава 7
НАПРАВЛЯЮЩИЕ СТАНКОВ§ 1. КОНСТРУКЦИИ НАПРАВЛЯЮЩИХ СТАНКОВНаправляющие служат для перемещения по станине подвиж¬
ных узлов станка — суппортов, столов, траверс, револьверных го¬
ловок. От точности их изготовления и износостойкости во многом
зависит точность работы всего станка. Поэтому вопросам конструи¬
рования и расчета направляющих уделяется при проектировании
станков значительное внимание.Направляющие применяются для прямолинейного движения
(перемещения столов, суппортов, траверс) и для кругового движе¬
ния (вращение планшайб, револьверных головок).В большинстве конструкций станков применяются направляю¬
щие скольжения, однако в последнее время появляется все большее
число конструкций с направляющими качения.1.	Типы направляющих скольжения
для прямолинейного движенияКонструктивные формы направляющих скольжения весьма раз¬
нообразны. Если поверхности скольжения образуют выпуклый про¬
филь (рис. 116, а), то на них плохо удерживается смазка, и поэтомут
такие нййрабЛя!о1Дйё *teiite применяются прй медленных йерёМё-
щениях по ним суппортов или столов. Их преимущество — более
простое изготовление, а также то, что на них не удерживается по¬
павшая стружка. Направляющие, образующие в сечении внутренний
профиль (рис. 116, б), более пригодны для высоких скоростей сколь¬
жения, так как хорошо удерживают смазку.Однако их необходимо надежно защищать от попадания струж^
ки и от загрязнения. Плоские (прямоугольные) направляющие про-'
сты в изготовлении, однако они плохо
удерживают смазку, но легко засоряют¬
ся, например стружкой. Они применя*
ются для медленных перемещений, на¬
пример силовых головок агрегатных
станков. Треугольные (призматические)
направляющие применяются при сим¬
метричной нагрузке и малых скоростях
перемещения, например для салазок ре¬
вольверной головки (рис. 102). У-об-
разные направляющие пригодны для
больших скоростей, например для сто¬
лов строгальных станков.Направляющие в виде ласточкина
хвоста удобны тем, что достаточно че¬
тырех плоскостей скольжения, чтобы
воспринимать нагрузки во всех на¬
правлениях, включая опрокидывающие
моменты. Для других типов направляю¬
щих для восприятия опрокидывающих
моментов требуются специальные план¬
ки. Однако направляющие в виде ла¬
сточкиного хвоста сложны в изготов¬
лении, обладают недостаточной жест- Рис- 116, Типы направляю-
7	^	^	щих скольжениякостью и применяются обычно длямалых скоростей перемещения и сред¬
них требований в отношении точности, например для поперечных
салазок токарных и револьверных станков, столов фрезерных
станков малых и средних размеров.Комбинированные направляющие чаще всего применяются в
виде сочетания плоской и треугольной или призматической направ¬
ляющих. Они упрощают конструкцию и применяются в токарных
(рис. 113), шлифовальных и других станках. Несимметричная грань
выполняется в ряде случаев тогда, когда в станке действует одно¬
стороннее усилие с тем, чтобы основная грань была перпендикуляр¬
на действующему усилию. Если по станине перемещается несколь¬
ко суппортов, то направляющие должны учитывать их взаимное
расположение.Типы нопроЬпяющихill■о оОхбатыбаем.ОхботыбающиьРекоменд. для
малых скорос¬
тей перрмш.Рекоменд для
больших скорос¬
тей перемет.| Треугопьные \1а)1$Щ%mlib§ЙЙI*ы1ib207
В последнее время большее внимание обращается на круглые
направляющие, один из вариантов выполнения которых показан на
рис. 117. Круглые направляющие разрешают многие проблемы по
их изготовлению и эксплуатации. Их просто шлифовать на кругло¬
шлифовальных станках, они могут изготовляться из легирован¬
ных материалов, легко демонтироваться. В настоящее время они
находят применение для перемещения портала с головками в тя¬
желом продольнофрезерном станке, в некоторых специальных то¬
карных .станках.зРис. 117. Круглые направляющие скольженияДля перемещения суппортов и столов тяжелых станков часто
применяется больше двух направляющих. В станкостроении при¬
нята нормаль Н20—10, указывающая размеры поперечных сечений
основных типов направляющих скольжения.2.	Направляющие скольжения для кругового движенияДля вращения планшайб и столов станков применяются плос¬
кие, конические и 1/-образные направляющие скольжения (рис.118). Плоские направляющие наиболее
просты в изготовлении и применяются
в легких станках (рис. 119) и в станках
средних размеров, где радиальные сос¬
тавляющие усилия резания могут вос¬
приниматься только шпинделем станка.Конические направляющие (рис.
118, б) относительно просты в изготов¬
лении и вместе со шпинделем планшай¬
бы воспринимают радиальные нагрузки.
Их недостатком является трудность
обеспечения соосности направляющих
и опор шпинделя. К-образные направ¬
ляющие наиболее часто применяются
Рис. 118. Типы круговых Для направляющих планшайб, хотя тех-
направляющих скольжения нология их изготовления более сложна.208
Основную нагрузку воспринимает пологая (внутренняя) грань
направляющих, так как между наружными гранями направляю¬
щих планшайбы и станины предусматривается небольшой зазор
для температурных деформаций.Рис. 119. Стол зубодолбежного станка 5А150При рассмотрении нагрузок, действующих в направляющих
кругового движения, необходимо учитывать работу подшипников
или направляющих шпинделя планшайбы, .которые воспринимают
часть радиальных, а в ряде случаев и осевых нагрузок. Так на
рис. 119 показан стол зубодолбежного станка с плоскими направ¬
ляющими и коротким конусным шпинделем, который воспринимает
радиальные нагрузки и обеспечивает точность вращения стола.
В качестве примера V-образных круговых направляющих на рис.
115 показана конструкция планшайбы тяжелого карусельного
станка модели 1532. Шариковый подпятник шпинделя может воо-20')
принимать часть осевой нагрузки и при повороте домкратного
устройства, помещенного в нижней части стола, разгружать нап¬
равляющие.Большое значение для направляющих кругового движения
имеет их надежная смазка. При больших окружных скоростях
возможно жидкостное трение. При трогании с места и больших на¬грузках имеет место граничное трение. Для улучшения условий
работы направляющих целесообразно применять и гидростатичё-
ский метод смазки в виде подачи смазки под давлением.При выполнении на направляющих скольжения пологих ско¬
сов и подаче смазки под давлением имеет место комбинированный
способ обеспечения жидкостного трения — гидростатический, к
которому добавляются гидродинамический эффект при движении
стола станка.Это добавочное давление позволяет воспринимать большие
нагрузки при движении стола, когда осуществляется процесс об¬
работки.На рис. 120 показана комбинированная система смазки круго¬
вых направляющих тяжелых станков, разработанная ЭНИМС.
От насоса 1 через фильтр 2 масло подается в два вида канавок —
в открытые 3 с клинообразующими скосами 4 для создания гидро¬210
динамического давления и в закрытые 5 для создания гидростати¬
ческого давления при пуске планшайбы и малых скоростях.В открытые канавки смазка подается без давления в.большом
количестве, что способствует также отводу тепла.В системе имеется дроссель 6, который позволяет регулировать
гидростатическое давление, увеличивая его при обработке тяже¬
лых деталей и уменьшая (или доводя до нуля) при особо точной
обработке. В констр>укции предусмотрена также масляная ванна 7,
уровень которой выше рабочей поверхности направляющих. Нали¬
чие ванн повышает надежность работы круговых направляющих
в случае перебоев в подаче смазки.3.	Направляющие каченияВ последние годы в станках все шире применяются направляю¬
щие качения, где трение скольжения заменяется трением качения
шариков или роликов по закаленным направляющим (планкам)
станины и стола или суп¬
порта. Характерно приме¬
нение направляющих ка¬
чения в координатнорас¬
точных , шлифовальных,
копировальных, карусель¬
ных и других станках.Например, стол и са¬
лазки координатнорасточ¬
ного станка (см. рис. 112)
перемещаются на ролико¬
вых направляющих каче¬
ния. Ролики 7 катятся по
закаленным планкам 3 ста¬
нины и стола.При этом имеет место
не только значительное
уменьшение сил трения
(коэффициент трения по¬
коя для направляющих ка¬
чения в 20 раз меньше,
чем для направляющих
скольжения), не только
уничтожение прерывистого движения, вызванного при скольжении
эффектом прилипания, но и уменьшение износа сопряжения. Дол¬
говечность увеличивается за счет того, что изменяется характер
относительного движения, что тела качения и направляющие вы¬
полняются из высокопрочных материалов (легированные закален¬
ные стали) и что ролики или шарики, которые изнашиваются более*
интенсивно, чем направляющие, легко заменить.Рис. 121. Типы шариковых направляющих
качения
На рис. 121 показаны наиболее распространенные варианты
шариковых направляющих качения. В 1-й конструкции шарики,
помещенные в плоский сепаратор, располагаются между калеными
направляющими стола и станины. Так как при движении стола осу¬
ществляется качение шариков по направляющей станины, то онипроходят лишь половину
того расстояния, на кото¬
рое перемещается стол
станка. Это заставляет де¬
лать длину сепаратора с
шариками короче длины
стола на половину его хо¬
да. Следовательно, ход сто¬
ла не должен быть боль¬
шим, чтобы стол не поте¬
рял устойчивость при сме¬
щении сепаратора с шари¬
ками в одну сторону и что¬
бы число шариков было
достаточно для восприя¬
тия нагрузок. Для боль¬
ших перемещений стола
более приемлема 2-я кон¬
струкция, в которой шари¬
ки находятся между на¬
правляющей станины и
планкой стола без сепара¬
тора. При перемещении
стола шарики попадают в
специальные желобки, в
которых они перемещают¬
ся в обратном направле¬
нии.Таким образом шарики непрерывно циркулируют по замкнуто¬
му контуру, находясь в верхней части в ненагруженном состоянии.В качестве направляющих можно использовать также обычные
шарикоподшипники, как это показано в 3-ей конструкции. Если
требуется обеспечить одновременно и поступательное и вращатель¬
ное движение для круглых "направляющих качения, то может при¬
меняться 4-я конструкция.Здесь несколько рядов шариков заключены в цилиндрическую
обойму (сепаратор) между закаленной втулкой и цилиндрической
направляющей. 'Для повышения несущей способности направляющих качения
часто вместо шариков применяются ролики (рис. 122). Для умень¬
шения габаритов и для модернизации и перевода направляющих
на качение применяются также игольчатые тела качения, как этоРис. 122. Направляющие качения с приме¬
нением роликовт
показано на рис. 122, а для направляющих типа «ласточкин хвост»
и для плоских направляющих (рис. 122, б).Направляющие качения для планшайб выполняются в виде
обычных или специально выполненных подшипников качения. Ин¬
тересна конструкция вращения стола на шариковых направляю¬
щих, в которых шарики перемещаются по специальным стальным
проволокам, заменяющим беговые дорожки. Такая конструкция
пригодна для станков нормальной точности и допускает окружные
скорости до 20 м/сек.§ 2. РАСЧЕТ НАПРАВЛЯЮЩИХ СТАНКОВОсновной критерий работоспособности направляющих — их
износостойкость. Они должны длительное время сохра¬
нять полученную при изготовлении точность. На износостойкость
направляющих действует много различных факторов, главными из
которых являются: материал и термообработка направляющих
станины и суппорта, удельные давления и их распределение по
граням и по длине направляющих, условия работы (смазка, за¬
грязнение и др.), характер перемещения суппорта или стола (ско¬
рость, величина хода).Одновременный учет всех этих факторов и их влияние на изно¬
состойкость и точность представляют весьма сложную задачу, по¬
этому она может быть решена лишь с известной степенью прибли¬
жения. Рассмотрим основные этапы расчета направляющих.I.	Определение эпюры удельных давлений
и направляющихДля расчета направляющих скольжения необходимо в первую
очередь знать характер эпюры удельных давлений между гранями
направляющих.Пусть в направляющей действует сила (реакция) Л, которая
смещена от середины на некоторую величину ха (рис. 123, а). Необ¬
ходимо определить эпюру удельных давлений и наибольшее значе¬
ние давления ртах.После приложения силы суппорт изменит свое положение на
направляющих в силу следующих причин.Во-первых, произойдет деформация (S) поверхностных слоев
сопряженных направляющих и, во-вторых, с течением времени —
их износ (U). Поэтому произойдет сближение сопряженных дета¬
лей — суппорта и направляющей станины, которое может харак¬
теризоваться величинами Дх и Д2. Очевидно, что в изображенном
случае Дх > Д2, так как сила смещена в сторону Дх. Новая по¬
верхность направляющих станины и суппорта может быть и кри¬
волинейной, однако а" Ь" обязательно совпадет с а' Ь\ так как
это является условием касания поверхностей.
Поэтому после совмещения а" Ь” с а' &' получим как бы взаим¬
ное внедрение деформированного и изношенного объема одного
тела в другое. Полученная область взаимного внедрения будет
трапецией (рис. 123, б).Каждая ордината этой трапеции изображает сумму износов и
деформаций тел в данной точке. Если считать, что износ пропорцио-Рис. 123. Расчетная схема для определения эпюры удельных
давленийнален удельному давлению р, что характерно для абразивного
изнашивания, и что деформация поверхностных слоев также
пропорциональна р, то эпюра, удельных давлений будет представ¬
лять трапецию [64].Зная характер эпюры, легко определить из уравнений статики
максимальное рх и минимальное р2 удельные давления. Проекти¬
руя силы на вертикальную ось, получимSLtSL.a.l0 = A.	(1)Беря сумму моментов относительно средней точки, получим
\(Pi — РгНо-Л ‘ Y = А'Х*'где а — ширина направляющих.Решая эту систему уравнений, получим:й-£(1+в?): <з>214
дПри ха = 0 р1 = р2 = —— = рср = const.alQПри Xa = -^l0 р2 — 0 и = 2рср.При ха~> получим неполное касание по длине направляющих6(раскрытие стыка), что является весьма нежелательным.Таким образом, величина эксцентрицитета силы А оказывает
сильное влияние на характер эпюры удельных давлений.2.	Распределение удельных давлений
между гранями направляющихПри перемещении суппорта или стола по направляющим стани¬
ны на них действует сложная система сил. Внешними силами бу¬
дут являться силы резания (Рх, Руу Pz), тяговое усилие, переме¬
щающее суппорт (Q) и сила веса суппорта (G). В результате дей¬
ствий этих сил в направляющих возникают реакции, которые и
определяют эпюру удельных давлений в каждой направляющей.
Методика определения удельных давлений в направляющих разра¬
ботана проф. Решетовым Д. Н.Рассмотрим эту методику на примере направляющих токарного
станка (рис. 124). Оси координат совпадают с направлением соот¬
ветствующих составляющих сил резания, а начало координат
выбрано в точке пересечения реакций на треугольной направляю¬
щей, а по длине — в середине направляючщих.Реакции в направляющих обозначаем через А, В и С, а коорди¬
наты их приложения через хА, хв и хс. Проектируя все силы на
оси и беря сумму моментов относительно осей, напишем 6 уравне¬
ний статики (рис. 124)Zx = -Px-\-Q — (A + B + C). ix = О,Т>у = £sin(3 — Л-sin а — Ру = О,Ez — В • cos р А • cos а С — Рг — G — Qz = 0,	(4)ЪМх = Ру- гр-\-С-ус — Рг-ур — G-yg = 0,'LMy = Px-zp-\-Q-zq — Pzxp — Q2-xq — G-xg-{-A-cos%-xA +-)— В • cos р • Хв “I- С • хс — О,ZMz = Py-xp-\-A-sin<x-xA—Px-yp — B-smp-XB — C.\>.>yc =0,где р — коэффициент трения;[а = 0,1—0,12 — при малых скоростях перемещения (то¬
карные, фрезерные станки);215
UiПfiuEJ216Рис. 124. Силы, действующие на суппорт токарного станка
Р = 0,05—0,08 — при больших скоростях перемещения и
хорошей смазке (строгальные, шлифовальные станки).Неизвестными являются:а)	реакции в направляющих А, В и С;б)	тяговое усилие Q;в)	координаты приложения реакций хА, хв и хс.Поэтому имеется семь неизвестных и задача является статиче¬
ски неопределимой.Все силы могут быть определены из первых четырех уравнений,
так как в них не входят искомые координаты хА, хвп хс.Следовательно, на всех трех гранях можно определить средние
удельные давления рср.В некоторых случаях при приближенных расчетах этим можно
ограничиться и сравнить полученные значения удельных давлений
с допускаемыми (см. ниже).Однако для определения максимальных удельных давлений,
и главное характера эпюры (имеется ли раскрытие стыка), необхо¬
димо полное решение статически неопределимой задачи и опре¬
деление координат хА, хв и хс.Дополнительное уравнение может быть получено, исходя из
оценки положения суппорта на направляющих при действии на
него внешних сил. Для этой цели необходимо установить распреде¬
ление внешних опрокидывающих моментов Му между направляю¬
щими.Пятое уравнение в системе (4) можно представить как состоя¬
щее из момента внешних сил Му (опрокидывающий момент), и
реактивных моментов, действующих в направляющих:МВу = — (Рх • zp — Рг. хр + Q • ъч — Qz • — G ■ xg).	(5)Му — известная величина. Тогда это уравнение примет вид:Мву = A-xacos<x-{-B-xb -cosp-f-C.^.	(6)Дополнительное уравнение заключается в том, что выясняется,
как этот момент распределяется между передней и задней направ¬
ляющими с учетом деформаций суппорта (стола) или направляю¬
щих. Следовательно, момент Му разбивается на два опрокидываю¬щих момента Му = Му + М1У1:z-xa-\-B-cos$-xb(7)М'у =/5.cosa.*4-l--fi,cosp-*B,• Ми=С-хе.У	сЕсли известно соотношение между М\ и УИ”, то задача стано¬
вится статически определимой. Эту разбивку момента на два состав¬
ляющих можно произвести из следующих соображений:
1.	Если жесткость салазок на кручение мала, т. е. имеем так
называемый «узкий мост» (рис. 125, а), а внешняя сила направлена
на переднюю направляющую, то можно считать, что она восприни¬
мает весь опрокидывающий момент, т. е.м1 =мьМп = 0.УТогда
ляющей -кх0 = 0 — эпюра удельных давлений на задней направ--	прямоугольник, а хА и хв легко определяются из урав¬
нений пять и шесть системы (4).2.	Если салазки достаточно жесткие и
направляющие нагружены относительно
равномерно (рис. 125, б), то можно счи¬
тать, что момент распределяется между
направляющими пропорционально их ши¬
рине, т. е.ГГшIJ6) -ЕСТ*
01и!-М .—-= — (8) или
М" сУЛГ = АГ.
у Ум11 = мв.У	Уd -f* с
сd с(9)Рис.. 125. Узкий и широ¬
кий мост суппорта и рас¬
пределение давлений ме¬
жду гранями направляю¬
щихнины, которыйДля треугольной направляющей опре¬
деляется ее приведенная ширинаd = a* cos2 а -}- b • cos2 р.3.	Можно для получения дополнительного
уравнения рассматривать поворот суппор¬
та (стола) как жесткого тела.В этом случае угол поворота суп¬
порта относительно направляющих ста-
возникает под действием опрокидывающегомомента Му, одинаков для всех направляющих. При пропорцио¬
нальности деформации и износа удельным давлением эпюры удель¬
ных давлений на гранях также будут иметь одинаковые углы нак¬
лона (для плоских граней).После определения эпюр удельных давлений на всех гранях и
максимальных значений удельных давлений необходимо их срав¬
нить с допускаемыми величинами рдоп.Допускаемые значения ртах получены из практики работы стан¬
ков и соответствуют условиям длительной работы направляющих
при нормальных условиях их эксплуатации (хорошая смазка, ми¬
нимальное загрязнение и т. д.).Для чугунных направляющих допускаются следующие значе¬
ния Ртах кГ/см2 (табл. 14).При расчете по средним удельным давлениям допускаемые
значения рдоп снижаются в 2 раза.218
Таблица 14р,max, кГIсм*Случайсредниестанкитяжелыестанки1 При малых скоростях скольжения порядка
скорости подачи (токарные, фрезерные
станки) 	25—30102 При больших скоростях скольжения порядка
скорости резания (строгальные, долбеж¬
ные станки) 	80,5-1.0,84<0,53 Шлифовальные станкиДанный расчет позволяет оценить условия, в которых работают
направляющие, с точки зрения распределения и величины удель¬
ных давлений. Этим косвенно учитывается износ, который зависит
и от удельного давления. Например, резко заниженные значения
удельных давлений для шлифовальных станков объясняются тем,
что при их работе создаются условия для абразивного изнашива¬
ния, и для уменьшения скорости изнашивания необходимо приме¬
нять малые значения р. В практике надо не только правильно
выбрать удельные давления, но и решить вопрос об оценке всех
основных факторов, влияющих на износ направляющих и на рас¬
пределение этого износа по поверхности трения и, главное, по дли¬
не направляющих.Эту задачу можно решить с достаточной для практики точ-
ностью, исходя из следующих предпосылок:1.	Величина износа пропорциональна пути трения (S) и величи¬
не удельного давления (р):где Ux и U2 — соответственно износ направляющих станины и суп¬
порта (стола).2.	Начальная эпюра удельных давлений при изнашивании
сохраняется, т. е. ее перераспределение в результате износа поверх¬
ностей незначительно.3.	Известна кривая распределения <р (х) перемещений суппорта
по длине направляющих. Эти перемещения связаны с обработкой
на станке различных изделий (рис. 126). Ординаты данной кривойОпределение формы изношенной поверхности
направляющих поступательного движения(Ю)
характеризуют ту долю общего пути трения, которая приходится
на данное положение суппорта.Рассмотрим несколько подробнее методику получения кривой
распределения. Если на станке обрабатывается одна деталь и суп¬
порт совершает постоянный ход, то на каждый участок направляю¬
щих приходится равная доля общего пути трения, и кривая рас¬
пределения будет представлять прямую, параллельную оси абс¬
цисс. Если на станке обрабатываются различные детали (рис.
126, а), то кривая распределения будет отражать перемещенияспиа)	6)Рис. 126. Кривая распределения ходов суппортасуппорта при обработке этих деталей и, следовательно, характер
загрузки станка.Если, например, на токарном станке обтачиваются в центрах
валики различной длины с равной вероятностью обточки валика
данной длины, то кривая распределения примет вид, указанный
на рис. 126, б.Необходимо отметить, что при обработке разнообразных дета¬
лей на универсальных станках распределение длин обработки под¬
чиняется законам теории вероятностей для больших чисел.При определении формы изношенной поверхности направляю¬
щих станины и суппорта примем следующие обозначения (рис. 127):
U(x) — искомая величина линейного износа направляющих
станины (t/j) по длине (*) 0<x<(L + 0>U(f) — искомая величина линейного износа направляющих суп¬
порта (£/*) по длине (/),220
L — максимальный ход суппорта;/0 — длина направляющих суппорта;Р — f (0 — уравнение эпюры удельных давлений;
у = ф(х) — кривая распределения общего пути трения; • кривая
условно отнесена к левой точке суппорта;5 — путь трения, который проходит каждая точка на¬
правляющих суппорта за рассматриваемый промежу¬
ток времени;-коэффициент абразивного изнашивания, показывающийМК'СМ*кг* кмРис. 127. Расчетная схема для определения формы изношен¬
ной поверхности направляющихвеличину линейного износа (мк) при действии удельного
давления в 1 кГ/см2 на протяжении пути трения в 1 км
для данной пары материалов при данных условиях изна¬
шивания;кх — коэффициент износа материала станины;к2 — коэффициент износа материала суппорта.Рассмотрим методику определения функций U(t) и U(x), исходя
из сделанных выше предпосылок [65]. Функция U(t) определяется
просто, так как каждая точка направляющей суппорта изнаши¬
вается на протяжении всего пути трения S и на нее действует по¬
стоянное удельное давление, определяемое уравнением р = /(/).
Поэтому кривая износа будет подобна эпюре удельных давлений
и выражается уравнением:U(i) = Kt.s-f([).	(11)Однако основное значение в потере станком точности и вибро-
устойчивости имеет форма изношенной поверхности направлшо-•2'2\
щих станины, определяемая функцией U (х). Для отыскания этой
функции рассмотрим, как изнашивается участок направляющих
станины с координатой х (рис. 127). При перемещении суппорта
этот участок станины изнашивается под действием удельных дав¬
лений, определяемых той частью эпюры / (/), которая при переме¬
щении суппорта проходит над участком с координатой х. Каждый
элемент эпюры удельных давлений с координатой / изнашивает
(как будем условно говорить) направляющую станины на величину,
пропорциональную р- dl = f(t)dl. Чтобы определить элементар¬
ный износ dU, вызванный воздействием р • dl, необходимо опреде¬
лить ту часть общего пути трения, которую проходит элемент эпю¬
ры давлений р • dl при изнашивании участка направляющих с
координатой х. Для этого воспользуемся кривой распределения
У = фМ* Так как уравнение этой кривой характеризует переме¬
щение левой точки суппорта с / = 0, то для точки суппорта с ко¬
ординатой I уравнение кривой примет вид у = ср(л:—/) и доля пу¬
ти трения, приходящаяся на точку с координатой х, будет равна:
S • ц)(х—/).Поэтому износ в точке х от воздействия элемента эпюры удель¬
ных давлений р • dl будет:dU — /q.S.cp (* — /)./(/) dl.Чтобы определить износ в точке х от воздействия всего участка
эпюры удельных давлений от h до /2, необходимо просуммировать
элементарные участки р* dl в указанных пределахиU(x) = «j.Sj	(12)hДанная формула является общей для различных случаев. При
этом пределы интегрирования .определяются в зависимости от того,
какой участок эпюры удельных давлений воздействует на данную
точку станины с координатой х (табл. 15).Таблица 15L1оУчастокПределы участкаПределы интегрированияииI0 < дг < Iq0X>111Iq х ^ L,0иIIIL < х < L ф /0x — L/оI0 < х < L0X<1IIL < х < /0х — LXIII1 < X < Iq -f- Lx-LIqНапример, при L < /0,— постоянном ходе суппорта, т. е.222
Ф (*)= —, и треугольной эпюре удельных давлений р — — • I дляL	/оI участка получим уравнение изношенной поверхностихU(x) = к-S Г-. Si.idl = K-^t£2W	JL lo	2b/„0В общей формуле (12) отражено влияние основных факторов на
форму изношенной поверхности направляющих:к — отражает износостойкость материалов и условия из¬
нашивания;S — интенсивность работы оборудования во времени;
р = Д/) — конструкцию суппорта в смысле расположения сил
(характер эпюры) и усилия обработки (величина удель¬
ных давлений);ф(л;) — технологические процессы обработки, осуществляемые
на станке.Пользуясь полученной формулой, мож,но проанализировать
влияние отдельных факторов на величину и характер U (х) и в
каждом конкретном случае ука¬
зать наиболее эффективные пу¬
ти для уменьшения величины
износа и получения более рав¬
номерной формы изношенной
поверхности, которая непосред¬
ственно связана с точностью
обработки, виброустойчивостью
суппорта и возможностью ком¬
пенсации износа.Сделанные выводы показы¬
вают, что изменять форму из¬
ношенной поверхности направ¬
ляющих можно не только за
счет конструкции станка, но и
путем правильного проектиро¬
вания технологических процес¬
сов обработки и рациональной
загрузки станка.Для увеличения срока служ¬
бы направляющих универсаль¬
ных станков с большим ходом
суппорта (L > /0) особое вни¬
мание следует обратить на пра¬
вильную загрузку станка и
приемы работы, обеспечивающие более равномерный износ нап¬
равляющих. Нецелесообразно загружать станок изготовлением
небольших деталей, которые можно обработать на станке мечи.-Рис. 128. Влияние удельных давлений
и распределение ходов суппорта на
форму изношенной поверхности нап¬
равляющих
ших размеров. При больших ходах суппорта форма изношенной
поверхности направляющей приближается к форме кривой рас¬
пределения ходов суппорта (рис. 128, а).Для увеличения срока службы направляющих станков с ма¬
лым ходом (L < /0) необходимо стремиться к равномерному ха¬
рактеру эпюры удельных давлений. Характер эпюры удельных
давлений зависит главным образом от конструктивной формы суп¬
порта и его направляющих. При эксплуатации станка эпюра удель¬
ных давлений может быть частично изменена при помощи различ¬
ной установки инструмента в резцедержавке. При малых ходах
суппорта форма изношенных направляющих приближается к фор¬
ме эпюры удельных давлений (рис. 128, б).Таким образом, определение формы изношенной поверхности
направляющих позволяет учесть влияния на их износ не только
удельного давления, но и всех других основных факторов.4.	Специфика расчета круговых направляющих
скольженияВ первом приближении круговые направляющие скольжения
могут рассчитываться по среднему удельному давлению р [кГ/см2]
и максимальной окружной скорости скольжения утах[л(/шс].Средние удельные давления подсчитываются с учетом веса
всех вращающихся частей (узел планшайбы, обрабатываемая де¬
таль) и вертикальных составляющих сил резания.Для чугунных направляющих планшайб допустимое значение
принимается равным:при диаметре планшайб до 3 м р =3г4 кГ/см2;при диаметре планшайб свыше 3 м рдоп = 1,5 -г 2 кГ/см2.Низкие удельные давления выбираются из условия уменьше¬
ния скорости изнашивания направляющих. Увеличение скорости
скольжения имеет положительное значение для обеспечения жид¬
костного трения, но может способствовать появлению нежелатель¬
ных форм износа при смешанном трении. В последнем случае сле¬
дует ограничивать атах значениями 3—3,5 м/сек в случае приме¬
нения текстолита и цветных сплавов (по данным ЭНИМС).Износ направляющих кругового движения в случае эксцентрич¬
ной нагрузки будет равномерным по окружности для вращающейся
планшайбы и неравномерным для направляющих станины. Нап¬
равляющие планшайбы будут изнашиваться равномерно потому,
что каждый их участок будет испытывать одинаковые удельные
давления, проходя за каждый оборот под линией действия макси¬
мальной нагрузки (рис. 129).Наоборот, направляющие станины испытывают неодинаковую
нагрузку и в зоне действия силы резания будет их наибольший
износ.224
В результате при износе направляющих планшайба будет
стремиться занять наклонное положение, что отразиться на точно¬
сти обработки.Угол наклона можно подсчитать по методике определения фор¬
мы изношенной поверхности [65] на основании исходных законов
изнашивания для данной пары материалов (см. гл. 2, § 2). Автором
получена следующая формула для определения угла наклона
планшайбы а для плоских круговых направляющих при абразив¬
ных закономерностях изнашивания(13)а3где к [—1 — коэффициент абразивного изнашивания направляю-
L кГ \щих станины (аналогично значению к в формуле
12);р = [кГ] — вертикальная нагрузка на планшайбу;Г об
П —
\_MUHа[см
р [см
t [мин—	число оборотов планшайбы;—	ширина направляющих;—	эксцентрицитет приложения силы;—	время работы планшайбы.Формула показывает, что угол поворота планшайбы увеличи¬
вается с течением времени и его значение зависит от режимов
работы (Р • п) и эксцентрицитета нагрузки. При широких направ¬
ляющих угол поворота планшайбы меньше.При высоких скоростях вращения планшайб в направляющих
скольжения может иметь место жидкостное трение, которое обе¬
спечит длительную работу направляющих без износа.Недостатком в этом случае будет «всплывание» планшайб, по¬
скольку толщина масляного слоя зависит от нагрузки и числа
оборотов. Это может отразиться на точности обработки. Для созда¬
ния гидродинамического эффекта на направляющих станины вы¬
полняют специальные скосы (рис. 130) и каждый сегмент направ¬
ляющей состоит из горизонтального / и наклонного II участков.На основании гидродинамической теории можно найти поддер¬
живающую силу масляного слоя, действующую в каждом сегменте.С учетом несущей способности наклонного горизонтального
участков гидродинамическая поддерживающая сила в одном сег¬
менте может быть подсчитана по формуле [49]D	 1 2r\»vl2»b	/_ 981.104 зЛа 'С'Ср (К ^	О4)где 7} — вязкость масла в сантипуазах при данной темпера¬
туре (для круговых направляющих до 40°);
v [м/сек]— скорость скольжения;/, Ь [мм] — размеры участка (см. рис. 130, а);
h [мм] — толщина масляного слоя. Критическое (минимально до¬
пустимое) значение h можно принимать hKp =0,07 —
—0,10мм (нижние значения при меньших температу¬
рах— до 40°);5	1с = — 	———коэффициент, учитывающий боковое истечение;1 +(тГср — коэффициент, учитывающий работу наклонного и гори¬зонтального участков.о)Сечение по а-аxvww.w\А'\Ш//777Г1 . 1Рис. 129, Износ направляющих кругового
движенияРис. 130. Расчетная схема
для определения гидродина¬
мической силы при работе
планшайбыНаибольшее значение ср = 0,19 будет при к = 0,8, т. е. при
более длинном скосе. Однако лучше принимать к = 0,5, так как
в случае смешанного трения значительную часть нагрузки вос¬
принимают горизонтальные участки сегмента. В этом случае ср =
= 0,15. Оптимальное значение глубины клинового скоса т =
= Ь2 л,ф.Общая поддерживающая сила на направляющих будет равна
сумме сил, действующих в каждом сегменте.Если действительная толщина масляного слоя будет меньше
критической, то масляный слой будет воспринимать только часть
общей нагрузки, а ее остальная часть будет восприниматься не¬
посредственно соприкасающимися горизонтальными участками.Приведенную формулу можно применять и при расчете на жид¬
костное трение направляющих прямолинейного движения при вы¬
соких скоростях движения (столы продольнострогальных станков).226
На работу направляющих кругового движения оказывают влия¬
ние и температурные деформации. Исследования, проведенные
ЭНИМС совместно с Коломенским заводом тяжелого станкострое¬
ния, показали, что плоские круговые направляющие в сочетании
со шпинделем в подшипниках качения лучше У-образных направ¬
ляющих со шпинделем в подшипниках скольжения, так как при
этом температурные деформации и износ меньше влияют на поте¬
рю точности и работоспособности.При У-образных направляющих температурные деформации
планшайбы приводят к возрастанию давлений на внутренней кру¬
той направляющей и возможности появления задиров и заклинива¬
ния.Ввводя специальные ребра между направляющей и противопо¬
ложными стенками планшайбы, можно увеличить теплоотвод от
направляющих и уменьшить температурные деформации.5.	Расчет направляющих каченияРасчет направляющих качения, как правило, производится
на основании формул для контактных напряжений и деформаций
по теории Герца — Беляева.а)	Для шариковых направляющих эти форму¬
лы принимает вид:для наибольшего напряжения в зоне контакта['сГ/смЦ-,	(15)для контактной деформации (сближение шара с плоскостью)w=K2yp [мк],	(16)где Р [кГ] — усилие, действующее на один шарик;d [мм] — диаметр шарика;кх и к2 — коэффициенты, зависящие от модуля упругости и
коэффициента Пуассона.Для стальных направляющих к i = 47 • 103; я2 — 1,9.Для чугунных направляющих /сх = 35 • 103; /с2 = 2,6.б)	Для роликовых направляющих°та* = К8]/| [кГ/СМ2],	(17)где q [кГ/мм,] — нагрузка на единицу длины ролика.Для стальных направляющих к3 = 2700 и для чугун¬
ных к3 = 2100.При определении нагрузок на каждый шарик или ролик на-
правляющих качения следует учитывать возможную неравномер¬
ность нагрузки, из-за неодинакового размера тел качения и не¬227
линейности плоской направляющей. Так как точность направляю¬
щих качения ниже, чем подшипников качения, неравномерность
нагрузки будет соответственно выше.При работе направляющих качения желательно создать усло¬
вия для более длительной их работы с малым износом (смятием)
и большим сроком службы до наступления усталости поверхност¬
ных слоев у тел качения.Поэтому допускаемые напряжения, выбираемые по общим пра¬
вилам, занижаются и составляют, например, для роликовых на¬
правляющих точных станков (координатно-расчетных, шлифоваль¬
ных) 1000—1500 кГ/см2.С точки зрения контактной жесткости направляющие сколь¬
жения и шариковые направляющие качения примерно равноценны.Форма изношенной поверхности планок и направляющих,
между которыми помещены тела качения, в первом приближении
может быть подсчитана по тем же зависимостям, что и для
плоских направляющих (формула 12), поскольку характер передачи
нагрузок по длине направляющих сохраняется.§ 3. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
НАПРАВЛЯЮЩИХ1.	Влияние износа направляющих на точность обработкиИзнос направляющих станков изменяет первоначальную траек¬
торию движения изделия или инструмента, что приводит к иска¬
жению получаемой формы изделия.При определении погрешности обработки, возникающей при
износе направляющих станка, необходимо связать износ отдель¬
ных граней с отклонением траектории движения инструмента или
детали от прямолинейного движения и затем установить влияние
данного отклонения на форму и размер обрабатываемого изде¬
лия.При этом следует учитывать характер касания направляющих
суппорта и станины и форму их изношенной поверхности по длине
направляющих.Рассмотрим в качестве примера влияние износа направляющих
строгального станка на точность обработки (рис. 131).При обработке на строгальном станке деталей различной длины
последние устанавливаются обычно в середине стола. Поэтому
кривая распределения длин обработки ф (*) будет симметричной.
Эпюра удельных давлений близка к прямоугольной, так как в тя¬
желых станках основное значение имеет вес стола и детали. Поэто¬
му кривая изношенной поверхности направляющих имеет симмет%
ричную форму. Эта кривая по мере износа будет приближаться к
дуге окружности, так как только в данном случае возможно отно¬228
сительное перемещение стола по станине при условии касания
сопряженных направляющих по всей длине.Определим, какие погрешности возникнут на детали при обра¬
ботке ее на строгальном станке с изношенными направляющими.
Если принять кривую U(x) за дугу окружности некоторого больше¬
го радиуса /?, то направляющие стола будут иметь ту же форму
в силу условия касания поверхностей.На детали вместо плоскости получится вогнутая поверхность,
очерченная по дуге. Значение Д характеризует максимальное
отклонение детали от заданной формы.а)Рис. 131. Влияние износа направляющих строгального
станка на точность обработкиНайдем зависимость радиуса кривизны изношенной направляю¬
щей R от величины максимального износа Umах. Как видно из схе¬
мы (рис. 131, б):U = R(l — cos^).-мпах	'	17Учитывая малое значение угла 7, можно написать,чтоТ = sin? = —,1	*2 R’где Lt = L + 10 — длина направляющих станины«у2Разлагая в ряд cos 7= 1 — + ... и подставляя это значе¬
ние в выражение для £/, , получим:
откуда(18)Аналогично можно найти зависимость между радиусом кривиз¬
ны обработанной поверхности R19 погрешностью обработки А и
длиной обрабатываемой деталиЗначения R и Rr связаны равенством R = Rt + Л, где
h — расстояние от направляющих до обрабатываемой поверх-Заметим, что R является, как правило, большой величиной.
Поэтому можно принять R « Rlt и из уравнений (18) и (19) полу¬
чим:В этой формуле износ измеряется в вертикальной плоскости и
в случае плоских направляющих будет равняться износу их по¬
верхности U.При применении К-образных направляющих (рис. 131, в) с уг¬
лом основания а их износ U связан с износом U х зависимостью
U = Uх • cos а. Поэтому формула (20) примет вид:Например, при Lx = 0,3 L0, а = 45°, f/max= 0,5 мм получим Д=
= 0,064 мм.Полученная формула (21) показывает, что точность обработки
связана с величиной износа направляющих и длиной обрабатывае¬
мых деталей.Повышение износостойкости направляющих будет способство¬
вать длительному сохранению станком точности и виброустойчиво¬
сти. В практике применяют разнообразные методы повышения
долговечности направляющих. Большое значение имеет правиль¬
ный выбор материала направляющих (см. гл. 2, § 4), их смазка и
конструктивные и эксплуатационные факторы, рассмотренные
ниже.При износе направляющих возникают зазоры, которые сильно
влияют на виброустойчивость станка. Для их устранения приме¬
няются различные методы, основные из которых показаны на рис.
132.ности.Д = и.■ №■(20)(21)2.	Компенсация износа направляющих230
Нерегулируемая 1 планка (рис. 132, а) требует периодической
шабровки или шлифования поверхности а—Ь. Иногда .применяют
слоистые прокладки.Регулируемые планки 2 и 3 (рис. 132,6), которые прикрепляются
к салазкам штифтами, позволяют изменять зазор при помощи вин¬
тов. Такая конструкция имеетмалую жесткость и легко «перетянуть»
планку, когда регулирование происходит на наиболее изношенных
участках. Компенсация из¬
носа при помощи клиньев	л
(рис. 132, в) получила
наибольшее распростране¬
ние. Уклон клиньев от
1 : 40 до 1 : 100. Недоста¬
ток конструкции — необ- ^
ходимость обрабатывать и
поверхность салазок под
уклон.Вопрос о том, где по¬
мещать регулируемые эле¬
менты, необходимо решать
на основе анализа работы
данного узла.Рассмотрим, например,
методы компенсации изно¬
са направляющих при помощи клина 1 у салазок 2 , которые пе¬
ремещаются от ходового винта 3 (рис. 133). Такая конструкция ши¬
роко применяется в токарных, фрезерных, револьверных и других
станках. Для увеличения жесткости узла клин располагают обычноВариантголоокиРис. 132. Методы компенсации износа нап¬
равляющиха)	6)	4Рис. 133. Расположение клина в направляющихсо стороны, противоположной действию, силы (а). Однако смещение
верхних салазок относительно нижних приводит к нарушению соос¬
ности винта и гайки, к изгибу винта и интенсивному и неравномер¬
ному износу этой пары, в результате чего станок быстро теряет точ¬
ность и весь узел выходит из строя.Возможности компенсации износа направляющих в этом слу¬
чае используются неполностью. Вместе с тем доказано,что в облп-2'М
сти малых усилий, характерных для прецизионных станков, клин
дает незначительное! снижение жесткости, и его целесообразнее
помещать со стороны действия силы (б). В данном случае при ком¬
пенсации износа не будет происходить смещения винта и гайки и
работа этой ответственной пары станка будет протекать нормаль¬
но. Но и при противоположном расположении клина можно обеспе¬
чить сохранение соосности винта и гайки, для чего необходимо соз¬
дать конструкцию, обеспечивающую регулирование положения
винта или гайки при износе направляющих (рис. 133, в).В большинстве конструкций клинья и планки располагают со
стороны, противоположной действию силы.Необходимо отметить, что полная компенсация износа возмож¬
на лишь при равномерном износе направляющих.3.	Рациональные условия эксплуатации
направляющихУсловия эксплуатации сильно влияют на долговечность на¬
правляющих. Изоляция направляющих от попадания на них пыли
из воздуха, кусочков обрабатываемого материала, абразивов ока¬
зывает сильное влияние на их износ.Для направляющих токарных станков при легких усилиях рабо¬
ты и наличии щитков (которые лишь частично защищают направ¬
ляющие) скорость изнашивания (мм/год) имеет, по исследованиям
автора, следующие значения:при обработке стали (не менее 50%)	0,02мм/год;при обработке стали и чугуна (до 50%)	0,04 »при обработке алюминия 	0,15 з>Из этих цифр видно сильное влияние на износ обрабатываемого
материала и необходимость введения более эффективных методов
защиты направляющих, особенно при обработке таких материалов,
как алюминия.На рис. 134 показаны примеры защитных устройств для на¬
правляющих станков. Обычные щитки (рис. 134, а) предохраняют
от попадания крупных частиц.Более совершенны щитки телескопического типа (рис. 134, б),
а для шлифовальных станков, где большое количество абразива
находится в воздухе, применяются щитки в виде гармоники (меха),
выполненные из материи или заменителей кожи (рис. 134, в).Иногда щитки выполняют неподвижными и вводят их в спе¬
циальные пазы движущегося стола (рис. 134, г). Применяются
также эластичные стальные ленты (рис. 134, д) или специальные
неметаллические ленты, которые при движении стола станка нама¬
тываются на барабан (рис. 134, е) и постоянно закрывают направ¬
ляющие.Помимо Щитков, применяют различного рода уплотнения, не
позволяющие загрязнению проникать на поверхность трения.232
Для уплотнений используют фетр, качественный войлок, масло¬
стойкую резину и другие материалы или их сочетание, а также
выполняют различные лабиринтные уплотнения.Материал уплотнения должен изолировать поверхность трения
от загрязнения и сохранять эту способность как можно дольше.
В качестве примера на рис. 135 изображено рекомендуемое ЭНИМС8 Заказ 152233
для тяжелых токарных и расточных станков уплотнение, которое
применяется вместе со щитками, прикрепленными к салазкам.Впереди уплотнения расположен скребок из бронзы 1, который
предохраняет от попадания крупной стружки. Уплотнение комби¬
нированное — из маслостойкой резины 2 и авиационного войлока.3.	Скребок и уплотнение постоянно прижимаются к направляющимпружинам. 4. Давление на уплотне¬
ние 0,1—0,2 кГ/см2, на скребок—0,5—1 кГ/см\По сравнению с обычными
уплотнениями из полугрубошерст-
ного войлока, данное уплотнение
снижает износ до 2 раз.Большое значение имеет смаз¬
ка направляющих, которая значи¬
тельно увеличивает их срок служ¬
бы. Наиболее простой способ—
ручная смазка, которая однако не
обеспечивает надежной работы.
Применение специальных карма¬
нов для смазки и роликов, постоян¬
но прижимающихся к направляющим суппорта, обеспечивает луч¬
шую смазку. Однако наиболее эффективна смазка направляющих
под давлением, которая имеет свои преимущества: создание необ¬
ходимого масляного слоя; фильтрация масла, вымывание абрази¬
ва маслом; возможность регулировать давление и расход смазки.4.	Уменьшение неравномерности износа
направляющихКак было показано выше, не только величина износа, но и
неравномерный износ по длине направляющих определяет их срок
службы. Необходимо различными методами сремиться к умень¬
шению неравномерности износа. Формула (12) показывает, что на
форму направляющих U (х) влияет как эпюра удельных давлений
р(1), так и характеристика загрузки станка ф(х). Например, в то¬
карных станках, где обрабатываемые детали различной длины
закрепляются в шпинделе станка, кривая ф(х) имеет асимметрич¬
ный вид (см. рис. 126, а). Такой характер кривой способствует
образованию изношенной поверхности U(x) также асимметричной
формы, что крайне отрицательно сказывается на точности обработ¬
ки. Но форма изношенной поверхности, как это видно из формулы
(12), зависит и от эпюры удельных давлений.В токарных станках резец обычно расположен ближе к левому
концу суппорта. В результате эпюра удельных давлений принима¬
ет форму трапеции с большим основанием с левой стороны. Поэто¬3 2Рис. 135. Уплотнение конструк¬
ции ЭНИМС234
му эпюра р = /(/) оказывает на кривую U(x) влияние, аналогич¬
ное влиянию ср(х), и усугубляет асимметричность формы изношен¬
ной поверхности. Помещение резцедержавки в средней части суп¬
порта или небольшое смещение ее к правому концу суппорта, а
также правильная загрузка станка, когда длина заготовок соот¬
ветствует размерам станка, обеспечат более равномерный изноо
направляющих, а следовательно, более длительное сохранение
точности станка.
Часть IV
Механизмы станковВ данном разделе рассмотрены механизмы станков, осущест¬
вляющие процесс обработки с требуемой точностью, и механизмы,
необходимые для управления этим процессом. Сюда относятся
механизмы для перемещения рабочих органов станка по заданной
траектории с требуемыми скоростями и усилиями, механизмы
ступенчатого и бесступенчатого изменения скоростей, механизмы
для обеспечения точности обработки и механизмы управления. Ме¬
ханизмы загрузки, зажима заготовки, контроля качества, удале¬
ния стружки и другие механизмы холостых ходов рассматривают¬
ся обычно в курсе «Автоматы».Глава 8МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
РАБОЧИХ ОРГАНОВ СТАНКА§ 1. МЕХАНИЗМЫ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ1.	Механизмы, обеспечивающие постоянную скорость перемещенияБольшинство рабочих органов станка перемещаются возвратно¬
поступательно с постоянной скоростью движения v. Требование
v = const относится, как правило, к рабочему ходу суппортов,
ползунов и столов различных станков. Поскольку ведомый вал
привода имеет вращательное движение, то необходимо иметь меха¬
низмы, преобразующие его в возвратно-поступательное движение.
Наиболее распространенными механизмами для этой цели являют¬
ся ходовой винт-гайка и рейка с реечной шестерней. Ходовой винт-
гайка применяется для медленных точных перемещений в качестве
последнего звена цепи привода столов и суппортов многих станков.
Возможность выполнения этой пары с высокой точностью и боль¬
шое передаточное отношение позволяют использовать винтовую
пару не только в качестве механизма для перемещения рабочего
органа станка, но и для отсчета величины перемещений. В послед¬236
нем случае с винтом соединено устройство (лимб) и по углу пово¬
рота винта судят о линейном перемещении узла. Типичная кон¬
струкция ходового винта видна из рис. 113. Чаще всего применяет¬
ся стандартный трапецеидальный профиль резьбы с углом 30°,
который более технологичен и допускает применение разъемных
маточных гаек. Однако при радиальном биении винта точность пе¬
ремещений уменьшается. Поэтому для высокоточных ходовых вин¬
тов применяют также прямоугольную резьбу. В зависимости от
требований точности ходовые винты разбиваются на пять классов
от 0 до 4. Для наиболее высокого класса точности «0» допускаемые
отклонения шага не должны превосходить ±2 ж/с в пределах одно¬
го шага и 8 мк по всей длине винта. Технологические процессы из¬
готовления ходовых винтов играют очень большую роль для полу¬
чения прецизионных винтов и описаны в специальной литературе
[6]. Длинные ходовые винты из технологических соображений
делаются составными из нескольких частей.Гайки ходовых винтов должны обеспечить постоянство контак¬
та с витками винта и возможность компенсировать зазор, возникаю¬
щий при износе. Варианты компенсации износа гаек были показа¬
ны на рис. 15 (см. гл. 2, § 2). Материалы ходовых винтов и гаек
см. гл. 2, § 4.Ходовые винты часто применяются только для установочных
перемещений траверс, столов, шпиндельных бабок.Расчет пары ходовой винт — гайка произво¬
дится в первую очередь по удельным давлениям в витках, так как
должна быть обеспечена высокая износостойкость пары. Удельное
давление р не должно превосходить допускаемых величин, взятых
из практики станкостроения:р = -"Т- < Рдоп [кГ/смЦ,	(1)ТС • Ыср.Л • Лгде Q [кГ] —тяговое усилие (его определение см. гл. 4, § 2);
dcр [мм]—средний диаметр резьбы;
h [мм] — рабочая высота витка;п — число витков в гайке (или ее части для составных
гаек).Значения рдоп выбираются в пределах 20—30 кГ/см2 для точных
ходовых винтов и 50—120 кГ!см2 для обычных случаев. Более вы¬
сокие значения допускаемых удельных давлений относятся к брон¬
зовым гайкам.Прочность ходовых винтов обычно не определяет его размеров,
однако длинные ходовые винты должны быть проверены на устой¬
чивость в отношении предельного изгиба. Критическая осевая си¬
ла подсчитывается по формуле Эйлера:Qkp =	- [кГ],	(2)ы237
гдеЕ [кГ/мм2] — модуль упругости;I [мм2\ — момент инерции поперечного сечения (берется по
наименьшему сечению);1[мм] — длина винта;{а— коэффициент, учитывающий влияние опор (число по¬
луволн при продольном изгибе).Осевое усилие на винте должно быть ниже критического зна¬
чения в 3—4 раза для вертикальных винтов и в 4 раза и больше
для горизонтальных. Наиболее опасный случай, который для га¬
рантии может приниматься при расчете, соответствует шарнирным
опорам (р. = 1). Для уменьшения прогиба длинных горизонталь¬
ных винтов от силы веса применяются дополнительные промежуточ¬
ные опоры, прикрепленные к станине станка неподвижно (в этом
случае гайка делается неполной в виде полугайки) или отходящие
от винта при прохождении суппорта.Для точных ходов винтов должны также рассчитываться ошиб¬
ки в перемещении, возникающие в результате деформации винта.При действии на винт осевого усилия Q (кГ) и крутящего мо¬
мента М (кГм) винт растягивается (или сжимается) и скручивает¬
ся. В результате при некотором числе оборотов винта гайка пере¬
местится не на расчетную длину, а на другую, отличающуюся на
величину деформации данного участка винта длиной /.При определении ошибки Дк, вызванной деформацией круче¬
ния, можно считать, что эта ошибка во столько раз меньше шага
винта /, во сколько раз угол закручивания <р меньше угла 2л ра¬
диан, т. е. Дк = t—. Наибольшая ошибка перемещения, вызван-
ная деформацией кручения и растяжения (сжатия), будет:д = JLL.\—. ±L [мм],	(3)EF ~ G./0 2ягде Е и G — модули упругости 1-го и 2-го рода;F и /0 — площадь поперечного сечения и полярный момент
инерции сечения винта;I	и t — длина перемещения и шаг винта.В зависимости от допускаемой ошибки перемещения выбирается
класс точности винта.Применение обычных конструкций ходовых винтов в приводе
точных перемещений столов с частыми изменениями направления
движений не всегда обеспечивает требуемую точность из-за зазоров
в паре. Кроме того, трение в винтовой паре достаточно высоко.
Поэтому в станках с программным управлением, где вышеуказан¬
ные требования особенно жестки, получила распространение так
называемая шариковая гайка с соответствующим ходовым винтом
(рис. 136). В этой конструкции трение скольжения заменено тре¬
нием качения шариков, помещенных между винтом и гайкой. Ша¬238
рики катятся по канавкам закаленного ходового винта и гайки.
Для обеспечения чистого качения шарики постоянно циркулируют,
попадая при движении винта в специальный желоб, который на¬
правляет их к другому концу гайки.В качестве модификации обычной винтовой передачи в станках
применяется также механизм в виде короткого винта (червяка) и
длинной гайки (рейки).Пара червяк и червячная рейка применяется в приводе глав¬
ного движения столов продольнострогальных и продольнофрезер¬
ных станков. Передача
рейка — реечная шестер¬
ня применяется в приво¬
де подач и установочных
перемещений, где не тре¬
буется высокой точности
движения, и в некоторых
приводах главного дви¬
жения столов, например
в продольнострогальных
станках. В последнем слу¬
чае, даже при применении
косозубых и шевронных передач, этот тип передачи уступает
гидроприводу. Типичным примером реечной пары может слу¬
жить механизм перемещения суппортов токарных станков при
передаче движения от ходового валика.2.	Механизмы, обеспечивающие
определенный закон движения рабочего органаДля привода рабочих органов в станках применяются механиз¬
мы, обеспечивающие движение по определенному закону. Это поз¬
воляет, во-первых, создать более благоприятные условия работы
механизма с точки зрения динамики, когда при изменении скорости
не будет ударов или больших инерционных нагрузок. Во-вторых,
и для рабочих перемещений часто требуется осуществление слож¬
ных циклов или движение с переменной скоростью.Для этой цели применяются многозвенные шарнирные кулис¬
ные и кулачковые механизмы, которые осуществляют возвратно¬
поступательное движение без применения реверсивных механиз¬
мов. Многозвенные шарнирные механизмы применяются более ред¬
ко, так как трудно получать и изменять необходимый закон дви¬
жения ведомого звена. Кроме того, большое число сочленений мо¬
жет уменьшить жесткость механизма. В качестве примера на рис.
137 показан привод долбяка зубодолбежного станка. Для измене¬
ния величины хода эксцентрицитет 01У 02 может регулироваться.
Шатун 02 03 передает движение качающемуся рычагу с зубчатым
сектором и посредством круговой рейки шпинделю долбяка сооб¬
щается возвратно-поступательное движение.Рис. 136. Шариковая гайка
Рис. 137. Привод долбяка зубодолбежного станкаВ данном механизме упругость звеньев играет положительную
роль, так как способствует снижению динамических нагрузок в
звеньях и приводе, возникающих при ударе долбяка о заготовку.
Из-за сравнительно малой жесткости и невозможности изменять
закон движения в станках редко применяется и такой, распрост¬
раненный в других машинах механизм, как кривошипно-шатунный.Многозвенные шарнирные и кривошипно-шатунные механизмы
чаще применяются как промежуточные звенья в сочетании с дру¬
гими механизмами, например, кулачковыми и кулисными.При перемещении суппортов от многозвенных механизмов для
повышения точности конечного положения часто применяют жест¬
кие упоры. В этом случае в конце хода перемещение суппорта
ограничивается регулируемым упором, к которому прижимается
суппорт. При этом имеет место некоторое повышение нагрузок
и деформаций звеньев механизма.Если суппорт должен иметь несколько точных конечных поло¬
жений, то можно применять перемещающиеся жесткие упоры,
настроенные на различные размеры. Применение жестких упоров
допустимо лишь при медленных перемещениях рабочих органов,
когда нет опасности ударов.При больших скоростях или нагрузках многозвенные шарнир¬
ные механизмы часто не удовлетворяют требованиям, предъявляе¬
мым к рабочим органам станков.240
Болёе часто применяются кулисные механизмы,
которые обеспечивают плавность движения и большую скорость при
обратном холостом xofte. Они применяются, например, в попереч¬
нострогальных станках для привода ползуна (рис. 138). Недостат¬
ком этого типа привода является неравномерная скорость рабочего
хода и постоянное соотношение между временами рабочего и холо-Рис. 138. Кулисный механизм поперечнострогального станкастого хода. При малых скоростях резания соответственно увели*
чивается время обратного хода ползуна, что уменьшает произво¬
дительность станка. В этом отношении применение гидропривода,
сообщающего движение ползуну, более благоприятно.Для сообщения рабочему органу станка сложного закона дви¬
жения в станках широко применяются кулачковые меха¬
низмы. От криволинейного профиля кулачка движения сооб¬
щаются поступательному или качающемуся толкателю и далее
непосредственно или через промежуточные звенья рабочему орга¬
ну станка.Закон движения в основном определяется профилем кулачка.
Для изменения закона движения необходимо заменить кулачок
или его участок с криволинейным профилем. Кулачковые механиз¬
мы широко применяются для привода суппортов особенно в стаи-241
ках с автоматическим циклом, например в силовых головках агре¬
гатных станков с механическим приводом (см. рис. 189, а).Для уменьшения трения между кулачком и толкателем послед¬
ний снабжается роликом, который катится по профилю кулачка.
Кулачковые механизмы станков подробно рассматриваются в кур¬
се «Автоматы». При расчете механизмов, обеспечивающих сложные
законы движения ведомого звена, необходимо в первую очередь
определить силы инерции, действующие на звенья механизма, так
как эти силы часто определяют размеры механизма и возможностипо сокращению длительности цикла. В период рабочего движения
преодолеваются усилия резания. Кинетостатические расчеты меха¬
низмов связаны с определением скоростей и ускорений в звеньях
механизма и обычно производятся путем построения планов скоро¬
стей и ускорений или другими методами (теория механизмов и
машин). Для ускорения этих расчетов и возможности оценить
влияние конструктивных параметров механизма на его кинемати¬
ческие характеристики автором [67] предложены формулы и номо¬
грамма для определения скоростей и ускорений в кулачковых,
многозвенных шарнирных и некоторых кулисных механизмах
(рис. 139). Эти формулы получены на основании решения планов
скоростей и ускорений в общем виде.Скорость ведомого звенаО = 5*-о*;	(4)242
ускорение ведомого звена* ( х \ У \ z\'ГМТ+я+т)'(5)где ve = &R — окружная скорость кулачка в месте его касания с
ведомым звеном;о)— угловая скорость кулачка (положительная при
подъеме ведомого звена и отрицательная при опу¬
скании);R — радиус-вектор кулачка;р — радиус кривизны в точке касания (положитель¬
ный при вогнутом профиле и отрицательный при
выпуклом);/ — длина ведомого звена (для качающихся толкателей);X, Y, Z — безразмерные коэффициенты, которые определяют¬
ся по номограмме (рис. 140) или по нижеследую¬
щим формуламР _ sin 0П у _ 2cos (0П — в) — cos в • cos вп
v cosO *	cos2 вх=СОЗ»(вп-в) Z==tgQ,	= t 0. £cos2 0	6	cos2 0	6 v )	(6)где ©п — угол подъема кривой кулачка — угол между перпенди¬
куляром к радиусу-вектору R и касательной к кривой
кулачка или угол между R и р;0— угол давления — угол между перпендикуляром к направ¬
лению движения ведомого звена (толкателя) и касательной
к кривой кулачка или угол между р и направлением
движения толкателя. Для центрального (аксиального)
кулачкового механизмае = еп.Шарнирные механизмы и некоторые кулисные механизмы имеют
кинематическую аналогию с кулачковыми механизмами (рис. 139),
и их кинематические параметры могут быть подсчитаны теми же
методами.Так, для шарнирного четырехзвенника р — длина шатуна;R — расстояние до конца ведомого звена; как и ранее 0П —
угол между R и р, 0 — угол между р и направлением движения
ведомого звена.По формулам или номограмме для любого положения механиз¬
ма можно определить значения коэффициентов X, Y, Z и %v и под¬
считать скорость и ускорение ведомого звена. Обычно достаточно
проверить несколько положений механизма для области наиболь¬
ших ускорений, чтобы определить наибольшие значения / и соот¬
ветственно наибольшие значения сил инерции. Из формул и ном<>-:>п
граммы видно влияние отдельных геометрических параметров на
величину v и /*.Если ведущее звено вращается неравномерно, т. е. со = / (/),
то при подсчете ускорений вместо У подсчитывается величина У0== У + — - sin 0П , где в -Ь- угловое ускорение ведущего звена,со2подсчитанное на основании данного закона изменения угловой
скорости. При перемещении ведомого звена — ползуна, суппорта—
на него действуют следующие силы:1)	силы инерции / = —•/, где G — вес перемещающихся ча-§стей и g — ускорение силы_тяжести; _2)	силы резания Р = Рх + Ру + Pz\3)	силы трения FT = [х 2/?, , где ц — коэффициент трения внаправляющих и R — реакции;4)	вес деталей G.	4Эти силы преодолеваются тяговым усилием на ведущем звене,
которое определяется на основании расчетной схемы механизма.
Силы, действующие в звеньях механизма, определяют их размеры
из условия прочности и жесткости.3.	Механизмы для малых перемещенийДля прецизионных станков часто надо иметь механизмы для
малых перемещений с небольшой величиной подачи. Помимо обыч¬
ных схем механизмов, приспособленных для этого случая, в послед¬
нее время появился ряд специальных механизмов, обладающих
рядом преимуществ.На рис. 141, а показана схема термодинамического механизма
подачи круга в круглошлифовальных станках, работающего на
принципе теплового расширения тел при нагревании (конструкция
Б. Т. Бреева). Латунная трубка 1 закреплена одним концом в не¬
подвижной втулке 2у а другим в шлифовальной бабке 5. Трубка
нагревается при пропускании тока через спираль 3 и, расширяясь,
перемещает бабку, причем скорость перемещения можно регулиро¬
вать реостатом. Ход бабки ограничен жестким упором 6> после чего
при дальнейшем расширении трубки втулка 2 отходит вправо,
сжимая пружину 7.Для быстрого отвода бабки трубка охлаждается жидкостью,
которая подается под кожух 8.Такой механизм прост по устройству и обеспечивает плавное
перемещение и легкое регулирование величины подачи в широком
диапазоне.Другой вариант механизма для малых перемещений — так
называемый магнитострикционный привод [5J.Магнитострикционный привод основан на использовании 'эф¬
фекта изменения длины ферромагнитного стержня в направлении218
оси возбужденного в нем магнитного поля. Принципиальная схема
его устройства показана на рис. 141, б. Малое и точное перемещение
подвижной части / станка осуществляется с помощью никелевого
стержня 2, помещенного в магнитном поле катушки 3. Один изРис. 141. Механизмы для малых перемещений!с — термодинамический; б — магнитострикционный; в — упруго-силовойконцов стержня свободен, второй жестко связан с перемещаемым
узлом. На неподвижной части 4 станка укреплены два зажима JJ и
Я, которые надежно фиксируют в определенные моменты цикла
положение концов стержня 2.В начальный момент зажим П (правый) закрыт, зажим JI (ле¬
вый) открыт, а обмотка катушки 3 отключена. При подключении
обмотки к источнику постоянного тока часть стержня 2, располо¬
женная между зажимами, намагничивается и длина ее сокращается
за счет смещения свободного конца вправо. Затем замыкается за¬
жим Л, а катушка продолжает находиться под током. После этого246
открывается зажим /7, выключается обмотка катушки и стержень 2
удлиняется в направлении незажатого конца, смещая при этом
подвижную часть 1.Минимальная подача соответствует магнитострикционному уд¬
линению стержня за один цикл намагничивания. Суммарное сме.-Рис. 142. Конструктивные схемы привода шлифо¬
вальной бабки при помощи термодинамического
привода—а и привода от рессоры—.6щение подвижной части 1 при повторении циклов намагничивания
может находиться в пределах свободной длины стержня. В
этих же пределах' с помощью специального устройства (винтовой
или реечной пары) осуществляется грубая установка узлов станка.
Примерно такую же схему работы имеет упруго-силовой механизм
перемещения (рис. 141, в), в котором используется потенциальная
энергия деформации. Например, при сжатии стержня при помощи
гидроцилиндра и включенном правом зажиме, после последова¬
тельного включения левого зажима и открытия правого произой¬
дет перемещение узла станка. На рис. 142, а и б показаны кон¬
структивные схемы механизмов малых перемещений для привод.!217
шлифовальной бабки круглошлифовальных станков. Термодина¬
мический привод (рис. 142, а) выполнен таким образом, что сило¬
вые функции выполняет гидроцилиндр, а нагреваемый стержень
играет роль жесткого упора, который определяет положение шли¬
фовальной бабки. Упруго-силовой механизм (рис. 142, б) в каче¬
стве деформируемого элемента имеет рессору, которая получает
начальное сжатие от гидропривода. При уменьшении давления в
гидроцилиндре рессора выпрямляется и осуществляется медленное
перемещение шлифовальной бабки с постоянно убывающей скоро¬
стью. Недостаток привода от рессоры — малая плавность и точ-
ность перемещений.4.	Равномерность и точность малых перемещенийКак в случае применения специальных механизмов для малых
перемещений, тац и для обычных механизмов типа «ходовой винт—
гайка» следует создать условия для точной работы этих механиз¬
мов.Для прецизионных станков весьма важно обеспечить равно¬
мерность малых подач и точность малых периодических перемеще¬
ний. Например, при работе на круглошлифовальных станках при
продольном шлифовании надо обеспечить точную периодическую
подачу шлифовальной бабки, а при работе врезанием — равномер¬
ную подачу круга.По теории В. Э. Пуша [69] критическая скорость перехода рав¬
номерного движения в прерывистое может быть выражена при¬
ближенной формулой:F оо — F	/'у\vK =—7=7=- .	(7)у к* mtyи F — силы статического и кинетического трения;
к — жесткость привода подачи;
т — масса перемещаемого узла;ф — коэффициент относительного рассеивания энергии
колебаниях в приводе.приТаблица 16Материал направляющихА/Ф0,1 -0,121.00,05 — 0,06—0,10,5248
При расчетах в первом приближении могут быть приняты следую¬
щие значения разности коэффициентов трения покоя и движенияР . рдf= —~	, (гдeN — нормальная сила в направляющих) и коэф-^	кфициента ф при неполной смазке и плоских направляющих(табл. 16).Погрешность периодически повторяющихся перемещений может
характеризоваться величиной поля рассеивания размеров переста¬
новки:р 	рЬ — 2 —	— Для скоростей перестановки значительно меньшихккритической;Р 	рЪ = 	— для скоростей близких к критической.кИз приведенных формул очевидно, что повысить точность и
равномерность малых перемещений-можно путем увеличения же¬
сткости привода к и за счет уменьшения разности сил статического
и кинетического трения Fe* — F, т. е. за счет снижения величины
коэффициента трения на направляющих.Увеличение жесткости привода достигается сокращением числа
звеньев кинематической цепи и увеличением жесткости отдельных
деталей и узлов станка.Уменьшение разности сил F00 — F статического и кинетиче¬
ского трения достигается обычно путем использования направляю¬
щих качения вместо направляющих скольжения, применением
в трущихся парах вместо чугуна других материалов, в частности
антифрикционных пластмасс, принудительным высокочастотным
осциллированием рабочего органа станка, разгрузкой направляю¬
щих от веса бабки при помощи специальных тележек с подпружин-
ными катками и путем применения некоторых других, менее рас¬
пространенных методов.Л. В. Худобин [90] исследовал возможность увеличения точно¬
сти поперечной подачи шлифовальной бабки путем приложения
к ней постоянно действующего усилия, выбирающего зазора в па¬
ре винт — гайка механизма подачи.Натяг в системе создавался при помощи гидравлического ус¬
тройства, состоящего из цилиндра со штоком.Усилие натяга, действуя в момент, когда бабка получает йм-
пульс от механизма подачи, стабилизирует величину перемещений
бабки и уменьшает поле рассеивания.Введение жидкостного трения на направляющих создает вы¬
сокую чувствительность привода.Исследование показало, что выбор зазоров повышает точность
малых периодических перемещений шлифовальной бабки до 5 раз.
При жидкостном трении возможно производить перемещения
узла с точностью порядка 0,001 мм.210
Рис. 143. Выбор зазора в черадчной паре;а — за счет привода двумя червяками и осевого смещения одного из них; 6 — за счет
осевого смещения червяка с переменным шагом
§ 2. МЕХАНИЗМЫ КРУГОВЫХ И КРИВОЛИНЕЙНЫХ
ПЕРЕМЕЩЕНИЙ1.	Червячные пары делительных цепейДля непрерывного кругового перемещения (вращения или по¬
ворота на некоторый угол) в делительных и других кинематических
цепях, где требуется высокая точность передачи, в качестве по¬
следнего звена часто применяется червячная пара. В этом случае
используется важное свойство червячной пары — ее самотормо¬
жение, в случае передачи от червячного колеса и в связи с этим
способность задерживать распространение колебаний в системе
привода.Требования к червячным парам, непосредственно связанным с
ведомым звеном, например столом зуборезных станков, весьма
высокие как в отношении точности выполнения, так и возможно¬
сти компенсировать возникающие зазоры.Точные червячные пары делительных цепей играют такую же
роль в получении высокой точности станка, как и ходовой винт
в станках с поступательным движением стола.Для выбора возникающих при износе зазоров применяются
различные методы. Один из способов показан на рис. 143, а при¬
менительно к столу зубодолбежного станка. Привод червячного
колеса осуществляется от двух одинаковых синхронно-вращаю-
щихся червяков. Один из них может перемещаться в осевом на¬
правлении. Для этого при помощи гаек 1 и 2 перемещается стакан3	и червяки 4 и 5, работая правым и левым профилем витка, выби¬
рают зазоры.Другой способ выбора зазоров в червячной паре — применение
червяка с прогрессирующей толщиной нитки, который может
смещаться в осевом направлении. Так, например, у двухсекцион¬
ного зубофрезерного станка модели ЕЗ-24 (рис. 143, б) осевой шаг
винтовой линии червяка с одной стороны профиля tx = 55, 545 мм
и с другой t2 = 57, 119 мм. При повороте гайки 1 перемещается
стакан 2 с опорами червяка и в зацепление с червячным колесом
входит участок червяка с большей толщиной нитки.Примеры монтажа червячного колеса на столе станка были
приведены выше (см. рис. 119).2.	Механизмы периодического поворотаМеханизмы периодического поворота необходимы при осущест¬
влении периодической подачи, например в строгальных и шлш|ю-
вальных станках, для процесса деления при обработке методом ко¬
пирования деталей с повторяющимся профилем (зубчатых колес,
шлицевых валиков), для периодического поворота револьверных
головок, столов многопозиционных станков и приспособлений. Та¬
ким образом, эти механизмы связаны как с осуществлением про¬
цесса обработки, так и с холостыми ходами цикла.Для периодического перемещения на небольшую величину часто
применяются храповые механизмы, преимущество которых заклю¬
чается в простоте устройства и в возможности уменьшать угол
поворота в случае применения нескольких собачек и увеличивать
его за счет угла качания собачки.глiРис. 144. Механизм поперечной подачи в круглошлифовальном станкеВ качестве примера применения храповых механизмов в приво¬
де подач на рис. 144 показан механизм поперечной подачи шлифо¬
вального круга круглошлифовального станка. При ручной подаче
и быстром подводе от маховичка через два вала с коническими ко¬
лесами вращение передается гайке невращающегося ходового
винта поперечной подачи (на чертеже не показана). При автомати¬
ческой поперечной подаче гидроцилиндр перемещает собачку, ко¬
торая поворачивает храповик, соединенный с валом. Храповик
имеет 100 зубов и поворот на 1 зуб соответствует подаче круга на0,01 мм.Зубцы храповика должны обладать достаточной прочностью и из¬
носостойкостью, особенно при использовании в делительных цепях
и в прецизионных станках. С другой стороны, чем больше число зуб¬252
цов храповика (т. е. меньше его шаг), тем более тонкая регулиров¬
ка может быть осуществлена.При определении усилий, действующих в храповом механизме,
следует учитывать, что при быстрых поворотах храповика и пере¬
мещениях значительных масс могут возникать динамические на¬
грузки, которые следует учитывать при расчете.Действительно, угол качания собачки <рх всегда ^больше угла
между зубцами <|>, чтобы зуб храповика был наверняка захвачен
собачкой (рис. 145). По¬
этому собачка при дви¬
жении с некоторой ско¬
ростью о)0 встречает на сво¬
ем пути зуб храповика и
преодолевает инерцию свя¬
занных с ним рабочих ор¬
ганов станка. Храповик,
который был неподвижен,
должен получить скорость
собачки о)0. Если считать,
что инерция и жесткость
ведомых звеньев являются
в этот момент основными
нагрузками, то согласно
принципа Даламбера, мож¬
но написать следующее
дифференциальное уравне¬
ние движения:•	+ <МР=о, (8)Рис. 145. Схема работы храпового механиз¬
магде /п — приведенный к валу храповика момент инерции ведомых
масс;Ф — текущий угол поворота;с — жесткость на кручение ведомой кинематической цепи.Это уравнение, как известно, описывает гармонические колеба¬
ния системы и удовлетворяется решением<p = asinX/,	(9)где а — амплитуда (наибольший угол закручивания системы):X = 1/ у- — собственная частота крутильных колебаний.
dИз условия, что — = со при t = О, можно найти значение
dtа -	7 *	<|()>253
Наибольший динамический крутящий момент на храповике будет
равен наибольшему углу закручивания а, умноженному на коэф¬
фициент жесткости при кручении с:Мтн =а • с=и>0 >/1а-с.	(11)Отсюда видно, что динамические нагрузки на зубцы храповика
возрастают при увеличении скорости поворота, при перемещении
более тяжелых рабочих органов и при повышенной жесткости кине¬
матической цепи.Для периодического поворота столов и шпиндельных бараба¬
нов в станках широко применяются мальтийские механизмы, кото¬
рые обычно рассматриваются в курсе «Автоматы».3. Копировальные и пантографные устройстваДля получения сложных контуров изделий инструмент или за¬
готовка в ряде случаев должны совершать перемещение по криволи¬
нейной траектории. Для этой цели могут использоваться кулачковые
механизмы, которые в случае, если кулачок выполняется подоб¬
ным профилю изделия, называются копировальными ме¬
ханизмами. В современных станках большинство копироваль¬
ных систем строятся на гидравлической или электрической основах
в виде так называемых следящих устройств. Это позволяет при не¬
большом усилии на копире управлять необходимыми усилиями об¬
работки.При передаче движения от шаблона к инструменту механическим
путем в копировальных и гравировальных станках используются
пантографные устройства. Пантограф позволяет
изменять масштаб шаблона и воспроизводить его контур увеличен¬
ный или уменьшенный в нужное число раз. Чаще применяется шаб¬
лон больших размеров, чем деталь, так как при этом увеличивает¬
ся точность обработки. Одна из распространенных схем пантогра¬
фа показана на рис. 146, а. Пантограф представляет собой шарнир¬
ный четырехзвенник, одна из точек которого (точка О) закреплена
неподвижно. В точке В закреплен инструмент (например, фреза),
а в точке А — палец, перемещающийся по копиру. Условием вос¬
производства на детали контура, подобного контуру копира, яв¬
ляется расположение всех трех точек О, Л и В на одной прямой.
На рисунке пунктиром показано другое положение пантографа, от¬
куда видно, что точки О, В\ А' также лежат на одной прямой, акривая А А' подобна кривой ВВ\ которая уменьшена в — раз.На рис. 146, б показан пантограф копировально-фрезерного
станка с регулируемым масштабом уменьшения в пределах от
1 : 1,5 до 1 : 7.Если точки А и В будут расположены по разные стороны не¬
подвижного шарнира, то будет очерчиваться кривая, перевернутая
на 180° по отношению к кривой шаблона.254
Могут применяться также пространственные пантографные уст¬
ройства. Преимущество пантографов — их простота. Однако глав¬
ный их недостаток — малая жесткость, которая не позволяет ши¬
роко использовать их для точных работ и при передаче больших
усилий.Для проведения данного технологического процесса в течение
каждого цикла обработки требуется изменение скоростей рабочих
органов станка: изменение величины и направления движения,
включение и выключение движения с последующим торможением.
Ниже рассмотрены основные механизмы, служащие для этой цели.§ 1. МЕХАНИЗМЫ СТУПЕНЧАТОГО ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТЕЙПри рассмотрении привода станков (см. часть II) указывалось,
что одним из наиболее распространенных способов изменения ско¬
ростей в коробках скоростей и подач является применение пере¬
движных блоков шестерен. При этом достигается простота кон¬
струкции и высокий к. п. д. привода при точном обеспечении пере¬
даточного отношения. Недостатком этого метода является недопу¬
стимость переключения при передаче вращения и сильный износ
торцов зубьев шестерен. Поэтому весьма важным является выГюр
оптимальной формы закругления торцов зубьев переключаемых
шестерен.о)Рис. 146. Пантографные устройстваГлава 9МЕХАНИЗМЫ ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТЕЙ1.	Передвижные блоки шестерен,
кулачковые и зубчатые муфты
Исследование различных форм торцовых поверхностей позволи¬
ло отдать предпочтение бочкообразной форме (рис. 147) как с точ¬
ки зрения износостойкости, так и по технологическим соображе¬
ниям [1].Однако полное предотвращение повышенного износа зубьев
возможно лишь в случае применения таких систем включения, ко¬
торые исключают возникновение ударов (см. гл. 11).Рис. 147. Бочкообразная форма торцовой поверхности зубьев
переключаемых шестеренЗубчатые муфты, когда одна из шестерен передачи используется
в качестве полумуфты, входящей во внутренний венец второй
полумуфты (см. рис. 73), часто используется в переборах и обыч-Рис. 148. Кулачковая муфга в приводе продольнофрезерного станка256
ных передачах станков. Это соединение лучше кулачковых муфт,
так как его проще изготовить; долговечность зубчатых муфт вы¬
ше, чем кулачковых, и конструкция получается более компактной.
Обычные кулачковые муфты (рис. 148) с торцовыми кулачками чаще
применяются при относительно небольших окружных скоростях
в делительных цепях и цепях подач, а также в цепях управления.
При высоких числах оборотов возникают большие динамические
нагрузки, и чтобы избежать их, в ряде слу¬
чаев применяют фрикционные синхронизи- а)
рующие муфты, которые перед включением
кулачковой муфты разгоняют ведомый вал до
требуемой скорости. Число кулачков и их про-
филь зависят от условий работы муфты. Чем
больше число кулачков (зубцов), тем при
прочих равных условиях время включения
муфты меньше. Однако следует учитывать
условие прочности и долговечности и то об¬
стоятельство, что кулачки неравномерно вос¬
принимают окружное усилие и может иметь
место, когда основную нагрузку восприни¬
мает один-два кулачка. На рис. 149 показа¬
на развертка наиболее распространенных
форм кулачков. Кулачки (рис. 149, а) с мел¬
ким (мышиным) зубом пригодны лишь при
малых скоростях и усилиях. Трапецеидаль¬
ная форма с плоскими (рис. 149, б) или для
облегчения включения заостренными (рис.149, в) вершинами наиболее целесообразна Рис. 149. Профили
для кулачковых муфт реверсируемых валов.	зубцов муфтОсевая составляющая окружного усилия
стремится раздвинуть сцепленные полумуфты. Чтобы не было
самовыключения принимают угол а = 3—5°.Для включения вращения в одном направлении профиль зуба
целесообразнее выполнять асимметричным (рис. 149, г), причем
можно не делать наклона рабочей грани кулачка (а = 0), или де¬
лать небольшое поднутрение а = —(Г -f- 3°).При расчете кулачковых муфт по удельным давлениям на гра¬
нях и на изгиб зуба, пользуясь обычными методами для определе¬
ния напряжений и выбора допускаемых напряжений, следует учи¬
тывать следующее.Во-первых, в быстроходных муфтах возникают динамические
нагрузки, поскольку преодолевается инерция неподвижных или
вращающихся с меньшей скоростью масс. Расчет возникающих наг¬
рузок следует производить по общепринятой методике, например,
как это было изложено выше, для храповых механизмов.Во-вторых, за расчетное число следует брать два зуба, так как
это будет соответствовать реально возможным условиям работы:>г,7
муфты, с учетом неточности монтажа полумуфт, деформации валов
и неточности изготовления профиля кулачков.В станках в ряде случаев применяются специальные механиз¬
мы для выключения и включения скоростей. В токарных, револь¬
верных, зубофрезерных и других станках применяется механизм
с падающим червяком, который удобен при работе по жестким
упорам.Другим примером специального механизма выключения движе¬
ния является разъемная (маточная) гайка, состоящая из двух поло¬
винок, которая применяется в фартуке токарно-винторезных стан¬
ков.2.	Фрикционные муфты и тормозыФрикционные муфты обеспечивают плавность включения и воз¬
можность включать скорость на ходу. В станках наибольшее распро¬
странение получили многодисковые фрикционные муфты. Они при¬
меняются в приводе главного движения и в приводе подачи особен¬
но в автоматизированных станках, где требуется легкое и быстрое
переключение скоростей от механизмов управления.258Рис. 150. Многодисковая фрикционная муфта
Особенно удобны для этой цели электромагнитные муфты,
которые получают все большее распространение в станках. С фри¬
кционной муфтой нередко сблокирован тормоз, который гасит инер-
цию выключенных механизмов.Конструкции станочных фрикционных муфт разнообразны.
Основные типы муфт нормализованы.В качестве примера на рис. 150, а, б показана конструкция, а
на рис. 150, в — метод регулирования многодисковой фрикцион¬
ной муфты.Рис. 151. Электромагнитная муфтаСжатие дисков производится муфтой включения /, которая через
палец поворачивает рычажки, помещенные во втулке 6, которые
через кольцо 5 сжимают диски 3 и 4. Диски с наружными шлица¬
ми 3 передают вращение ведомому валу. Для регулирования силы
прижатия дисков поворачивается кольцо с торцовыми кулачками5,	и оно занимает новое положение вдоль оси и диски сжимаются
более сильно.Для регулирования необходимо освободить пружину 2 (см.
рис. 150, в), которая удерживает кольцо 5 в данном положении,
и вручную повернуть кольцо 5. При регулировании муфта 1 долж¬
на быть отведена в крайнее положение.Более длительное время без компенсации износа могут работать
электромагнитные муфты, в которых сжатие дисков осуществляет¬
ся за счет магнитного потока. Износ дисков практически не повли¬
яет на силу'прижатия дисков муфт и поэтому при правильном мон¬
таже муфты во время эксплуатации не потребуется ручных регули¬
ровок.На рис. 151 показан пример электромагнитной муфты в фарту¬
ке токарного станка 1К-620 завода «Красный пролетарий».Электромагнитные муфты применяются либо с контактными
кольцами для подвода тока, что прсдоце по конструкции, но возмож¬:\vj
ны прижоги между щетками и кольцами, либо муфты с бесконтакт¬
ным токопроводом.В последнем случае электромагнитный поток создается в непод¬
вижном корпусе, около которого вращается корпус муфты с диска¬
ми. Такая конструкция более надежна в работе, хотя и несколько
сложнее.Расчет фрикционных муфт ведется по известным зависимостям
курса «Детали машин». Как известно, крутящий момент, передавае¬
мый муфтой, равен:А1Кр р • F • z • /• гср • &д,	(1)где р — удельное давление на дисках (для стальных закаленных
дисков допустимое значение рд0п = 4—6 кГ/см2);F — площадь одной поверхности трения [см2];
f — коэффициент трения (для стальных закаленных дисков,
работающих в масле, f = 0,08 -f- 0,1);
rCp — средний радиус трения;кл — динамический коэффициент, учитывающий характер на¬
грузки;кл= 1,5— работа почти без ударов (небольшие станки);
кя= 1,9 — работа со слабыми ударами (станки средних разме-
ров);	ikA = 2,4 — удары средней силы (строгальные станки);/гд = 2,8 — сильные удары (тяжелые продольнострогальные
станки).При расчете муфт с частыми включениями необходимо учиты¬
вать тепловыделение, происходящее при относительном скольже¬
нии дисков за период включения. При работе муфт в масляной сре¬
де ее температура не должна превышать 100—120°, так как более
высокая температура вызовет интенсивное испарение масла.Количество выделяющегося при каждом включении муфты теп¬
ла Q зависит от работы трения Ат (работа буксования), которая
в свою очередь зависит от нагрузок, действующих на ведущем и
выходном валах, и от инерционных усилий. Если в первом прибли¬
жении считать, что скорость ведущего вала сохраняется постоян¬
ной а>1 = const и включение муфты производится на холостом
ходу, т. е. без рабочей нагрузки, то будет преодолеваться инерция
включаемой части кинематической цепи и работа Ат будет равнаЛт = -In- К — <“г)2.	(2)где to2 — угловая скорость включаемого вала до включения;/п — приведенный момент инерции вращающихся масс вклю¬
чаемого вала.Считая, что вся работа трения переходит в тепло, получим, что
за каждое включение муфты будет выделяться соответствующее
количество тепла:260
427где 427 — механический эквивалент тепла.Средняя температура деталей муфты t зависит от числа включе¬
ний т в единицу времени (в час) и может быть в первом приближе¬
нии подсчитана по формуле [80]t = 5^2. °С,	(4)a*Sгде	t—средняя избыточная температура муфты поотношению к температуре внутри коробки;
а[ккал/м2 час•град]—коэффициент теплоотдачи муфты в окру¬
жающую среду;S [м2] — наружная теплоотдающая поверхность муфты.Теплоотдача муфты в окружающую среду зависит от конфигу¬
рации наружной поверхности, числа оборотов муфты, количества
масла, прокачиваемого через муфту, для охлаждения последней.
Коэффициент теплоотдачи а, как правило, определяется экспери¬
ментальным путем.Для масляных станочных муфт обычного исполнения, работаю¬
щих при п = 750 -f Ю00 об/мин, коэффициент теплоотдачи ориен¬
тировочно может быть принят равным ос = 20 ккал/м2 час ®С.Задаваясь для металлорежущих станков средней избыточной
температурой масляной муфты tQ = 80° и средней избыточной тем¬
пературой коробки скоростей tK = 20®, получим избыточную тем¬
пературу муфты относительно температуры коробки скоростей:t = t0 — tK = 60° С.Для этих данных получим допустимое число включений фрик¬
ционной многодисковой муфты из условий предельно допустимой
средней температуры дисков:1200*5 „,	,г\т =	 включении/час.	(5)QСледовательно, для увеличения числа включений муфты в едини¬
цу времени (например, в случае модернизации станков) необходи¬
мо увеличить теплоотдачу муфты в окружающую среду и, если
этого недостаточно, ввести охлаждение муфты путем прокачивания
через нее масла.3.	Реверсивные механизмыРеверсивные механизмы, которыми можно изменять направле¬
ния вращения, должны, во-первых, работать с минимальными поте¬
рями энергии, особенно при частом реверсировании, и во-вторых,
затрачивать минимальное время на реверс при допустимых значе¬
ниях инерционных нагрузок в механизме привода. Процесс ренор-
сирования состоит из периода торможения ведомого вала (когда
его скорость падает до нуля) и периода разгона (когда его скорость
возрастает от нуля до заданной величины обратного вращения).Реверсирование может быть осуществлено за счет электродви¬
гателя, что упрощает механическую часть станка и управление
процессом. Однако часто необходимо изменить направление лишь
части кинематической цепи станка и в этом случае необходимо
иметь специальные механизмы реверса. Кроме того, при большой
частоте реверса, реверсирование электродвигателем недопустимо.Реверсивные механизмы (трензели) разнообразны по своей
конструкции. Применение цилиндрических зубчатых колес с пере¬
движными шестернями, где изменение направления вращения прои¬
сходит за счет наличия в цепи паразитной шестерни, просто по
конструктивному оформлению. Для облегчения переключения при¬
меняются кулачковые или зубчатые муфты, что допустимо лишь
при невысоких скоростях вращения валов. Пример реверсивного
механизма с муфтой и коническими зубчатыми колесами был при¬
веден на рис. 148.При реверсировании быстровращающихся валов следует при¬
менять фрикционные муфты. Такая схема с двухсторонней муфтой
применена в коробках скоростей токарных станков завода «Крас¬
ный пролетарий» (см. рис. 45) и обеспечивает легкость изме¬
нения скоростей на ходу.В данной схеме число обратных скоростей в два раза меньше,
чем прямых.Следует иметь в виду, что с точки зрения затраты энергии на
реверсирование более целесообразно вначале осуществить процесс
торможения, т. е. довести скорость ведомого вала до нуля, и лишь
затем осуществить его разгон до необходимой скорости.Действительно, если потерю энергии при реверсировании харак¬
теризовать работой трения Лт, то, как было показано выше, для
фрикционных муфт ее можно подсчитать по формуле (2).Пусть, например, реверсирование производится с изменением
Скорости на обратную той же величины, т. е. и>2 = —ш1. При не¬
посредственном реверсировании валаТаким образом, потеря энергии за весь период реверсирования во
втором случае вдвое меньше. Методика определения энергии на
реверсирование с учетом значений рабочих моментов и моментов
сопротивления на ведущем и ведомом валах и инерцию масс, свя¬
занных с ведомым валом, рассмотрена в книге [4].(6)При торможении вала, а затем разгоне до скорости со2л	1 |	2 |	1 *	2 	 ,	2Ат = — /пШ1 +“ ^II * Ш2 — ^п-(01 •(7)262
§ 2. МЕХАНИЗМЫ БЕССТУПЕНЧАТОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТЕЙ1.	Преимущества к способы бесступенчатого
регулирования скоростейБесступенчатое регулирование, при котором в данном диапазоне
можно установить любую скорость, является большим эксплуата¬
ционным преимуществом привода. Оно дает возможность точно уста¬
новить требуемые режимы обработки и легко изменить их. При
бесступенчатом регулировании скоростей, как правило, легче ав¬
томатизировать цикл обработки. Во многих случаях, могут быть
сокращены габариты привода. Например, на рис. 152 дано сравне-0zQ4o>без вариатора	с барааторомДиапазон регулирования коройки 11,2Рис. 152. Сравнение габаритов коробок скоростей со ступенчатым
и бесступенчатым регулированиемние габаритов шестеренчатой коробки скоростей со ступенчатым
регулированием и коробки скоростей с применением фрикционного
вариатора с раздвижными коническими шкивами, обеспечивающе¬
го бесступенчатое регулирование.Бесступенчатое регулирование чисел оборотов может быть до¬
стигнуто:а)	электрическим регулированием, путем применения
электродвигателей постоянного тока с шунтовым или электронным
регулированием;б)	применением гидропривода с регулированием скоро¬
сти перемещения ведомого механизма, особенно для поступатель¬
ного движения;в)	применением механических вариаторов скоростей.Поскольку электрический и гидравлический методы регулирова¬
ния рассматриваются в соответствующих специальных курсах, ни¬
же будут рассмотрены только механические способы бесступенча¬
того регулирования.
Для этой дели применяются фрикционные вариаторы. Эти ме¬
ханизмы передают требуемые усилия за счет трения, так как толь¬
ко в этом случае можно осуществить непрерывное изменение пере¬
даточного отношения механизма. Для пояснения принципа работы
фрикционных вариаторов рассмотрим схему работы простейшей
лобовой передачи с переменным передаточным отношением (рис.
153). Окружное усилие от ролика 1 к диску 2 передается за счет
сил трения. Поэтому ролик и диск должны быть сжаты силой N,
а окружное усилие равно Р0 = N • f, где f — коэффициент трения.
Для увеличения передаваемого окружного усилия следует увели-
чивать силу АЛ Однако ее максимальное значение ограничиваетсявеличиной допускаемых контактных напряжений для данных
материалов и условий работы. Величина передаваемого окружно¬
го усилия зависит и от значения коэффициента трения. Обычно для
неметаллических материалов (текстолит, феродо) коэффициент тре¬
ния значительно выше, чем для стали. Однако применение сталь¬
ных, особенно закаленных фрикционных поверхностей, сокращает
габариты передачи из-за возможности применять высокие усилия
прижатия N.Регулирование передаточного отношения производится путем
перемещения ролика вдоль оси и изменения радиуса качения Rx.
При этом следует отметить, что совпадение окружных скоростей
v0 ролика и диска происходит не обязательно в середине ролика
шириной Ь. Величина радиуса Rx, а следовательно, и передаточ¬
ного отношения /' = зависит также от величины передавае¬
мого крутящего момента [4; 27].264
На поверхности контакта ролика и диска (начальное касание по
линии длиной Ь) имеет место относительное кинематическое сколь¬
жение из-за разного характера распределения эпюры скоростей
для сопряженных тел. Для диска эпюра окружных скоростей пред¬
ставляет собой треугольник, а для ролика — прямоугольник. По¬
этому, если в точке Л скорости совпадают, то у краев ролика имеет
место разность в окружных скоростях, т. е. относительное скольже¬
ние поверхностей (рис. 153, в).Это явление весьма неблагоприятно сказывается на работе пере¬
дачи — уменьшается ее к. п. д., увеличивается износ, передаточное
отношение может колебаться в некоторых пределах.Недостатком рассмотренной передачи является также то, что
если сила прижатия N постоянна и создается, например, пружиной,
то при передаче небольших нагрузок диск и ролик все равно будут
сжаты наибольшей силой N, рассчитанной на максимальный кру¬
тящий момент. Следовательно, будет повышенный износ рабочих
поверхностей. При постоянной окружной силе регулирование про¬
исходит с постоянным крутящим моментом, что для большинства
приводов металлорежущих станков является неблагоприятным (см.
гл. 3). Диапазон регулирования вариатора определяется крайни-i	dми значениями рабочего радиуса диска Д =	и для*min ^minлобовых вариаторов данного типа обычно не более 4.Рассмотрение характера и условий работы лобовой передачи,
которая является весьма малосовершенным фрикционным вариа-
тЪром, позволяет сформулировать основные требования, которые
должны предъявляться к конструкциям вариаторов:1.	На поверхностях контакта не желательно иметь кинемати¬
ческого скольжения и передача должна иметь высокий к. п. д.2.	Сила прижатия фрикционных поверхностей должна изме¬
няться с изменением рабочей нагрузки. Желательно регулирова¬
ние с постоянной мощностью.3.	Должна быть обеспечена высокая контактная прочность
фрикционных поверхностей, которая имеет большее значение для
уменьшения габаритов передачи, чем повышение коэффициента
трения.4.	Желательно иметь наибольший диапазон регулирования.2.	Типы фрикционных вариаторовСуществует большое разнообразие конструкций и типов фрик¬
ционных вариаторов. Для фрикционных рабочих поверхностей
чаще всего используются конические тела или поверхности с кру¬
говыми образующими. На рис. 154 показаны типовые схемы вариа¬
торов. Наиболее распространен метод передачи движения через
промежуточное звено, что расширяет диапазон регулирования.
Промежуточное звено может быть жестким, выполненным в пило9 Заказ 152
кольца*, ролика или шарика, или гибким в виде специального рем¬
ня или цепи.Начальное касание контактирующих тел осуществляется по
линии или в точке. В первом случае возникают меньшие контакт¬
ные напряжения, но создаются условия для относительного кине¬
матического скольжения. Величина скольжения сильно зависит
от принятой схемы.В таблице на рис. 154 все вариаторы развиты на соответствую¬
щие шесть групп. В качестве примеров приведены: вариатор с ко¬
нусами и стальным промежуточным кольцом, которое перемещает¬
ся вдоль образующих (рис. 154, а), вариатора системы ЦНИИТМАШ
(рис. 154, б), торовый вариатор с поворотными роликами (рис.
154, в), шариковый вариатор (рис. 154, г), вариатор с двумя пара¬
ми раздвижных конусов и специальным ремнем (рис. 154, д) или
шариковой цепью (рис. 154, е) в качестве промежуточного
звена, конусные вариаторы без промежуточного звена (рис. 154,
ж, з).Рассмотрим конструктивное оформление некоторых вариаторов.Распространенной отечественной конструкцией является торо¬
вый вариатор системы ЦНИИТМАШ (Светозарова), схема работы
которого показана на рис. 154, б. Две чашки имеют торовые по¬
верхности, образованные вращением дуги радиуса R вокруг оси
5 и 6. Три промежуточных ролика имеют рабочий поясок, выпол¬
ненный также по радиусу R для обеспечения контакта по линии.
При повороте роликов относительно оси, расположенной в центре
дуг радиуса R, будут меняться радиусы, по которым происходит
контакт роликов и чашек, и, следовательно, изменяться переда¬
точное отношение вариатора. Для передачи крутящего момента
необходимо прижатие чагШек и роликов. Начальное прижатие осу¬
ществляется двумя пружинами, а для увеличения этой силы по
мере роста крутящего момента в данном вариаторе, как и в некото¬
рых других типах, применяется специальное шариковое прижим¬
ное устройство. Крутящий момент от вала к чашке передается через
шарики и шайбы, имеющие канавки со скосами. Одна шайба сое¬
динена с валом, другая с чашкой. При росте крутящего момента
шарики перемещаются по скосам канавки и, раздвигая шайбы, соз¬
дают дополнительное прижатие чашек к роликам. Таким образом,
автоматически создается необходимое усилие прижатия, ко¬
торое будет увеличиваться с ростом передаваемого крутящего мо¬
мента.Преимуществом вариатора системы ЦНИИТМАШ является ми¬
лое относительное скольжение на контактных поверхностях роли¬
ков и чашек, так как при любом положении роликов касательная,
приведенная к дуге в зоне контакта, проходит через точку пересг-
чения осей вращения ролика и чашки или в непосредственной бли¬
зости от нее. Это условие соответствует совпадению окружных
скоростей чашек и роликов.9*
268
Конструктивное оформление торового вариатора показано на
рис. 155. Для поворота роликов предусматривается специальное
устройство. ЦНИИТМАШ разработал нормальный ряд торовых
вариаторов с диапазоном регулирования Д от 3 (самый крупный
типоразмер) до 6,25 и с передаваемой мощностью от 1,7 до 20 кет.
К. п. д. в зависимости от качества выполнения передачи равен0,92—0,98. Большое влияние на работоспособность вариатора ока¬
зывает качество его изготовления и сборки и выбор материалов
для фрикционных тел. Хорошие показатели получаются при при¬
менении текстолитовых роликов и стальных закаленных чашек.
Вариатор этого типа может применяться для токарных, револьвер¬
ных и других станков.Применение вариаторов, у которых рабочие тела имеют началь¬
ный контакт в точке, позволяет избежать относительного про¬
скальзывания и во многих случаях может значительно улучшить
эксплуатационные характеристики вариаторов.В качестве промежуточных тел применяются шарики, уста¬
навливаемые в шариковом вариаторе (рис. 154, г). Между ведущей
и ведомой чашками с коническими рабочими поверхностями поме¬
щены шарики (обычно их 4 штуки), которые поддерживаются и
прижимаются к чашкам направляющими роликами (их также 4 шту¬
ки). Передаточное отношение зависит от того, вокруг какой оси
будет вращаться шарик. Так как точка касания шариков с чашка¬
ми постоянна, то передаточное отношение зависит от расстояния
от точки касания до оси вращения шарика.Направление оси вращения шариков зависит от положения
поддерживающих роликов. Повертывая их, можно менять величи¬
ну передаточного отношения. Конструкция шарикового вариатора
показана на рис. 156. Направляющие ролики помещены в червяч¬
ных колесах с общим червяком. При повороте червяка изменяется
положение оси роликов и, следовательно, передаточное отноше¬
ние вариатора. Управление вариатором производится через ва¬
лик червяка, проходящий через левый приводной вал. Шарико¬
вые вариаторы имеют большой диапазон регулирования до 20, но
при больших значениях передаточных отношений к. п. д. заметно
падает. Передаваемая мощность обычно до 3—4 кет.Широкое распространение получили вариаторы с двумя парами
раздвижных конусов и промежуточным звеном, выполненным в
виде специального ремня, стального кольца (см. рис. 75), шари¬
ковой цепи или цепи с пластинками. Эти вариаторы описаны в тех¬
нической литературе [27]. Для привода главного движения стан¬
ков ЭНИМСом разработан вариатор с широким клиновым ремнем.Конструкция вариатора модели ВР-1 показана на рис. 157.
Для изменения передаточного отношения перемещаются два на¬
крест лежащих диска, причем ведущий диск поджимается пружи¬
ной, а ведомый перемещается при помощи механизма управления.
Эта схема обеспечивает натяжение ремня во время работы и лито-
270Рис. 156. Шариковый вариатор
Разрез по А А
матическое изменение натяжения при изменении скорости или
окружного усилия ремня, а также простоту и компактность пере¬
дачи.На валу фланцевого электродвигателя /, закрепленного на тор¬
це корпуса вариатора, жестко сидит втулка 2, на которой рас¬
положены ведущие диски 3, 4 вариатора. Ведомые диски 5, 6 смон¬
тированы на валу 7, установленном на подшипниках качения в
крышках корпуса. С помощью пружины 9 диск 4 поджимается к
ремню 8.Для изменения скорости ведомого вала диск 6 отдвигается от
диска 5 при помощи механизма управления, состоящего из серво¬
двигателя 10 и червячного редуктора 11. При включении серво¬
двигателя начинает вращаться червячное колесо 12, которое одно¬
временно является гайкой. При этом винт 13 перемещается и черезРис. 158. Подача шпинделя сверлильного станка с бесступенча¬
тым регулированием величины подачирычаг 14 и вилку 15 передвигает диск 6 в требуемое положение.
Полный диапазон регулирования осуществляется за 12 сек.На конце вала 7 установлен тахогенератор (датчик скорости)
17, связанный проводами с вольтметром, который имеет специаль¬
ную шкалу, тарированную в числах оборотов ведомого вала, и уста¬
навливается вблизи рабочего места.Следует иметь в виду, что бесступенчатое регулирование для
поступательного перемещения рабочих органов можно осуществить
непосредственно при преобразовании вращательного движения в
поступательное.I—л Лшп272
Схема такого вариатора для подачи шпинделя сверлильного
станка показана на рис. 158. К вращающемуся шпинделю прижи¬
маются внутренние кольца шарикоподшипников, которые могут ус¬
танавливаться под углом. Внутреннее кольцо подшипника выполне¬
но по радиусу, а его диаметр больше диаметра шпинделя. Подшип¬
ники начинают вращаться и в зависимости от величины угла их
наклона появляются осевые составляющие силы и скорости, бла¬
годаря чему шпиндель получает движение подачи. При повороте
колец в противоположную сторону шпиндель отойдет назад.Примеры применения фрикционных вариаторов в коробках
скоростей и подач были рассмотрены в главах 3 и 4л3.	О расчете фрикционных вариаторовОсновным видом прочностных расчетов вариаторов является
определение контактных напряжений на фрикционных поверхно¬
стях, так как от их величины зависит долговечность вариатора.В зависимости от требуемой величины крутящего момента Мк
подсчитывается необходимое окружное усилие Р0х и нормальная
сила прижатия NN = k--^,	(8)где k = 1,25 — 1,5—коэффициент запаса,/ — коэффициент трения.При расчетах принимается f = 0,04 -4-0,05 при трении со смаз¬
кой стальных или чугунных поверхностей и / = 0,12 0,15 при
работе всухую. В случае применения текстолитовых материалов
/ = 0,2 -f- 0,25. Следует отметить, что эти значения весьма прибли¬
зительны, так как они соответствуют условиям трения скольже¬
ния, а для вариаторов характерно трение качения.Контактные напряжения подсчитываются по формулам Герца
для начального касания в точке или по линии и допускаемые на¬
пряжения выбираются по общей методике (см. гл. 2, § 2).При выборе расчетных радиусов кривизны сопряженных поверх¬
ностей, которые весьма существенно влияют на величину контакт¬
ных напряжений, следует выбирать такое положение сопряженных
тел, которое соответствует минимальным значениям радиусов кри¬
визны.Например, для конусного вариатора с промежуточным кольцом
(см. рис. 154, а) за расчетный случай следует принять касание по
наружному диаметру кольца (так как при внешнем касании нап¬
ряжение больше) в левом положении, где радиус сопряженного
конуса наименьший. Расчет к. п. д. вариаторов и теоретический лнл-
лиз их работы рассмотрен в трудах проф. Н. С. Ачеркана [2] и
проф. Д. Н. Решетова [73].
Глава 10МЕХАНИЗМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ
ОБРАБОТКИВ станках применяется целый ряд специальных механизмов,
предназначенных для обеспечения требуемой точности обработки
и сохранения этой точности в течение длительного времени. Сюда
относятся коррекционные механизмы, механизмы отсчета, меха¬
низмы закрепления столов и бабок на время обработки, механизмы
регулировок и компенсации износа и другие. Характерным для
всех этих механизмов является то, что рабочий цикл станка будет
осуществляться и без их функционирования, но работа станка с
точки зрения получения продукции высокого качества будет не¬
устойчивой. Чем выше требования точности к обрабатываемым де¬
талям и чем выше производительность стайка, тем целесообразнее
применение специальных механизмов и устройств для обеспечения
и сохранения в течение длительного времени требуемой точности
обработки.§ 1. ОТСЧЕТНЫЕ МЕХАНИЗМЫПри установке суппортов столов и других органов станка в ра¬
бочее положение, как правило, необходимо иметь механизмы от¬
счета величины данного перемещения. Эти механизмы обеспечи¬
вают правильное взаимное положение инструмента и детали.Основной способ получения точных деталей на универсальных
станках — это отсчет перемещений инструмента или детали от не¬
которого начального положения, после чего можно вести дальней¬
шую обработку детали. Поэтому отсчетные механизмы станков
прежде всего должны обладать высокой точностью.1.	Механические отсчетные устройстваНаиболее распространенным отсчетным устройством на меха¬
нической основе является ходовой винт, снабженный лимбом и
нониусом. Зная шаг винта по числу его оборотов и по числу деле¬
ний лимба, можно определить линейное перемещение суппорта или
стола. Например, для отсчета перемещений верхних салазок суп¬
порта токарного станка (рис. 113) на рукоятке ручного перемеще¬
ния закреплен лимб — диск с делениями.Специальная гайка позволяет закреплять лимб в удобном для
отсчета положении. На неподвижной части корпуса нанесен на¬
чальный штрих или для увеличения точности отсчета — нониус.В данном случае ходовой винт выполняет две функции — он
служит и механизмом, преобразующим вращательное движение в274
поступательное, а также и механизмом отсчета. Поэтому его де¬
формации и износ скажутся на точности отсчета.Для ограничения величины заданного перемещения могут слу¬
жить переставные упоры, смонтированные с механизмом отсчета.
Так, для ограничения поперечной подачи круга круглошлифоваль¬
ного станка (рис. 144) служит неподвижный упор 7, укрепленный
в корпусе передней панели, и упор 3, укрепленный на лимбе 4.Для компенсации износа шлифовального круга предусмотрен
маховичок 1У при повороте которого через шестерни 2, 5 и 6 пово¬
рачивается лимб 4 и укрепленный на нем упор 3 устанавливается
в новое положение. Маховичок 1 имеет свой лимб с ценой деления0,005 мм для дополнительного перемещения бабки. Для повышения
точности отсчета в ряде случаев применяют корректирующие меха¬
низмы (см. ниже)2.	Оптические отсчетные устройстваПрименение оптики для отсчета величины перемещений не
только увеличивает точность отсчета, но главное позволяет создать
практически неизнашивающиеся системы, так как средства пере¬
мещения и отсчета в этом случае разделяются.Схема отсчетного оптического устройства с масштабными вали¬
ками показана на рис. 159. Масштабная шкала для отсчета коорди-2Рис. 159. Оптическое отсчетное устройство с масштабным
валикомнат представляет собой полированный валик 1 из нержавеющей
стали (зеркальный валик), на котором нанесена точная винтовая
линия обычно с величиной шага 2 мм. Точность шага не ниже
± 3 мк. Этот валик (цилиндрический штриховой масштаб) за¬
креплен в столе станка 2 и имеет лимб 3 с 200 делениями. Риска
валика может наблюдаться при помощи оптического устройства,275
которое включает осветитель 4, плоское стекло 5 призмы 6 и линзы
7. В окуляре 8 видна риска, которая должна располагаться между
двумя рисками, нанесенными на линзе окуляра так называемыми
рисками биссектора.Стол станка имеет привод от рукоятки 9, которая через червяч¬
ную пару 10 вращает шестерню )], сцепленную с рейкой стола 12.Такое устройство широко применяется в координатнорасточ¬
ных станках.Рис. 160. Экранная оптика горизонтальнорасточного станка модели 2620Для перемещения на длину кратную 2 мм, т. е. на шаг винто¬
вой линии, отсчет перемещения может быть произведен непосред¬
ственно по шкале. Нечетные и дробные числа отсчитываются путем
дополнительного поворота по лимбу масштабного валика. Этим
достигается смещение по образующей валика риски, рассматри¬
ваемой в микроскоп (оптическое устройство). Поворот лимба на
1 деление соответствует перемещению риски валика на 10 мк, а
при пользовании нониусом можно отсчитать поворот на 0,1 деле¬
ния лимба. После установки масштабного валика по лимбу, вра¬
щая рукоятку 9у устанавливают стол в такое положение, чтобы
риска валика находилась между рисками биссектора окуляра.На рис. 112 (см. гл. 6) были приведены разрезы стола коорди¬
натнорасточного станка, где видно крепление масштабных вали¬
ков 5 и 6 для продольного и поперечного отсчета координат и меха¬
низмы для перемещения стола и салазок.276
В практике применяются и плоские штриховые’масштабы в ви¬
де'точно выполненных линеек с делениями через 1 мм. Доли мм в
этом; слуиае отсчитываются путем смещения сетки окулярмикро-
метра на требуемую величину и дополнительного перемещения сто¬
ла до совпадения рисок.За последнее время все большее распространение получают оп¬
тические устройства с экранным изображением. Применение экра¬
на, на который проектируются линейки и на котором изображена
сетка для отсчета долей мм (растровая сетка), исключает перена¬
пряжение зрения, упрощает наблюдение за сохранением настрой¬
ки, ускоряет отсчет координат.На рис. 160 показана схема экранной оптики для отсчета ли¬
нейных перемещений шпиндельной бабки горизонтальнорасточ¬
ного станка модели 2620 станкозавода им. Свердлова. Точность
отсчета 0,01 мм, увеличение 60 х.На восковой экран, представляющий собой две стеклянные
пластинки, между которыми находится тонкий слой воска, проек¬
тируется деление плоской линейки. Оптическая схема состоит из
осветительной системы /, призмы и системы линз 2> миллиметро¬
вой линейки 3 с высокой отражательной способностью и экрана 4.
На экран проектируется также обычная миллиметровая линейка 5
для отсчета целых чисел.На экране нанесена растровая сетка. Риска 6 миллиметровой
линейки 3 должна располагаться между двойными штрихами раст¬
ровой сетки, экрана.3.	Электроиндуктивные механизмы отсчетаДля отсчета перемещений столов некоторых координатнора¬
сточных станков используются электроиндуктивные системы. Схе¬
ма одной из них приведена на рис. 161. Основой отсчетной систе¬
мы является стальная прецизионная рейка /, связанная с пере¬
мещающимся столом. Шаг Л-образных выступов рейки равен, на¬
пример, 10 мм или 25,4 мм (для дюймовой системы) и выдержан
с высокой точностью. Например, для рейки длиной 1,5 м (60 вы¬
ступов) накопленная ошибка шага не превышает 0,66 мк. Под
рейкой на салазках 3 установлена электромагнитная головка 2,
состоящая из двух катушек, включенных в мостовую схему. Когда
головка располагается точно симметрично по отношению к оси вы¬
ступа рейки, связанный с головкой стрелочный прибор 4 показы¬
вает нуль.Салазки с электромагнитной головкой могут перемещаться от¬
носительно рейки на длину шага последней с помощью микромет¬
рического винта 6, цена деления лимба барабана 5 микрометра
2,5 мк. Установка подвижного элемента станка в заданное положе¬
ние осуществляется за два этапа: дробные доли шага рейки уста¬
навливаются путем перемещения салазок с отсчетом по барабануп
микрометра, а целое число шагов фиксируется по числу моментов
прохождения сигнала электромагнитной головки через нуль.Управление работой станка может осуществляться как вручную
оператором, так и автоматически по заданной программе.4.	Оптико-электрические механизмы отсчетаЭти системы являются дальнейшим развитием оптических меха¬
низмов отсчета, однако в данном случае при установке размера сов¬
мещение проекции штриха линейки со световым промежутком оку¬
ляра регистрируется при помощи фотоэлектрического прибора.
Этим, во-первых, исключается субъективная ошибка оператора
(порядка 0,5—1 мк) и, во-вторых, создаются условия для автома¬
тизации отсчета перемещений. Схема такого устройства показана
на рис. 162, а. Проекция штриха зеркального валика 1 попадает
как на экран 2, так и на чувствительный элемент фотоэлектриче¬
ского индикатора 3.Когда проекция штриха 4 находится точно посреди светового
промежутка 5 экрана, стрелка указательного прибора индикатора
приходит в нулевое положение. Фотоэлектрический индикатор со¬
стоит из двух селеновых пластин — фотоэлементов / и 2, разде¬
ленных узкой щелью (рис. 162, б). Напряжение на фотоэлементах
изменяется в зависимости от положения проекции штриха зеркаль¬
ного валика. При симметричном положении штриха разностнаяэ.	д. с. равна нулю, и это указывает стрелка микрометра 3. Потен¬
циометры 4 и 5 служат для регулировки прибора.278
5.	Точность отсчетных механизмовПод^точностью отсчета в станках, имеющих механизмы с
точными ходовыми винтами, понимают ту точность, с которой при
помощи лимба и нониуса может быть отсчитано угловое положение
ходового винта. Обычно у координатнорасточных станков эта точ¬
ность составляет 0,001 мм. При оптических системах под точно¬
стью отсчета подразумевают ту точность, с которой может быть
отсчитана установка оптического микрометрического винта си¬
стемы. Эти микрометры обыч¬
но снабжены лимбами с це¬
ной деления в 0, 001 мм.Отсчетные устройства дол¬
жны обеспечить точность пе¬
ремещения и точность уста¬
новки.Под точностью пере¬
мещения подразумевают
разность между заданной и
фактической величиной како¬
го-либо перемещения по коор¬
динате, которую определяют
путем сравнения с эталонным
размером. Точность переме¬
щения зависит от:а)	ошибок элементов от-
счетной системы (точный винт,
штриховая шкала, концевые
меры, штихмассы и т. п.);б)	возможных упругих де¬
формаций или тепловых из¬
менений линейных размеров Рис* 16 • °птико^^^ический механизм
самих элементов отсчетнойсистемы; так если винт дли¬
ною 1000 мм, диаметром 60 мм с трапециевидной резьбой нагре¬
вается на Г, то он удлиняется на 11,5 мк. Требуется много ча¬
сов для его полного остывания;в)	смещения стола станка или инструментального шпинделя по
сравнению с показанием отсчетной системы вследствие явления
параллакса;г)	точности отсчета и точности установки.Под точностью установки подразумевают величи¬
ну поля рассеивания координаты точки, к которой многократно
подводится стол или каретка станка. Точность установки зависит
лишь от точности отсчета и точности передаточных отношений всей
системы в целом. Точность измерительных средств, точность штри¬
ховой линейки, а также абсолютный размер расстояния, на кото¬27<J509
250-0-250 Ша
рое перемещается стол, не оказывают никакого влияния на точ¬
ность установки.При применении системы точных ходовых винтов точность уста¬
новки зависит также от соотношения между жесткостью винта и
его опор и весом перемещаемых столов, кареток и т. п., так как
сила трения скольжения с изменением скорости движения стола,
особенно при его остановках, резко изменяется. Это приводит к
скачкообразности движения стола, которая зависит от жесткости
системы (см. стр. 248).У станков с оптической системой отсчета точность установки
зависит от резкости изображения штрихов масштабной линейки,
наблюдаемого при помощи микроскопа или на экране.§ 2. МЕХАНИЗМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ ПОЛОЖЕНИЯ
И ДВИЖЕНИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ1.	Механизмы коррекцииДля обеспечения высокой точности перемещения рабочих орга¬
нов в случае привода их от ходового винта и гайки или червячной
пары применяются специальные механизмы коррекции, учитываю¬
щие и исправляющие ошибки данного механизма.Рис. 163. Схема коррекции при повороте стола координатно¬
расточного станкаКоррекционные линейки могут также предназначаться для ком¬
пенсации температурных влияний на длину ходового винта. Ос¬
новная идея устройств заключается в том, что измеряются ошибки
данного механизма перемещения, а затем специальный механизм
коррекции исправляет данные ошибки. Для ходовых винтов кор¬
ректирующий механизм представляет собой линейку, расположен¬
ную вдоль станка, профиль которой учитывает ошибки в шаге вин¬280
та. Поворотом винта или гайки на небольшой угол столу или суп¬
порту сообщается такое дополнительное осевое перемещение, что¬
бы в сумме с перемещением от винта суппорт получал ход, соот¬
ветствующий идеальному ходовому винту.При корректировании перемещений установочных движений
можно соответствующее смещение сообщать механизму отсчета, по
которому устанавливается величина перемещения. На рис. 163
показана схема поворотного стола координатнорасточного станка
с механизмом коррекции. Коррекционная кривая 1 выполнена в
виде торцового кулачка, прикрепленного к столу. Профиль кривой
кулачка отражает ошибки червячной шестерни. По кулачку сколь¬
зит конец рычага 2У который прижимается к нему пружиной 4.
Другой конец рычага связан с сектором 3, на котором нанесен но¬
ниус. Отклонение шкалы нониуса, по которой производится точный
отсчет величины поворота стола, вносит необходимую поправку при
пользовании лимбом, соединенным с осью червяка. Таким обра¬
зом, данный механизм вносит коррекцию в отсчет положения, а не
в движение рабочего органа станка.Для корректирования движения точных червячных пар стан¬
ков применяются два метода. Первый основан на осевом перемеще¬
нии червяка, второй — на сообщении червяку дополнительного
вращения через дифференциал. Второй способ отличается большей
чувствительностью и точностью и его более желательно применять
для зуборезных станков.В корректирующем устройстве этого типа (рис. 164) движение
от сменной шестерни гитары подач 1 передается валу червяка 2
через специальное корректирующее устройство.Это устройство осуществляет коррекцию движения при помо¬
щи двух кулачков — кулачок 3 исправляет ошибки червячного
колеса и получает медленное вращение от шестерни 4, жестко свя¬
занной с шестерней 7, через шестерни 5 и 6.Второй кулачок 7 закреплен неподвижно и исправляет ошибки
червяка (циклическая погрешность, повторяющаяся для каждого
зуба червячной шестерни).Крутящий момент от ведущей шестерни 1 к валу червяка 2 пере¬
дается через двуплечий рычаг 8, втулка которого свободно сидит
на валу червяка. Двуплечий рычаг 8 соединен с шестерней 1 и ры¬
чагом червячного вала 9 при помощи эксцентриков 10 и 1UЕсли эти эксцентрики поворачивать, то будет изменяться поло¬
жение рычага 8 по отношению к ведущей шестерне 1 и к ведомому
валу 2.Этот поворот эксцентриков и осуществляется от рычагов 12 и
13, концы которых скользят по кулачкам 3 и 7. Рычаг 12 обходит
кулачок 3 один раз за оборот червячного колеса, а рычаг 12 обхо¬
дит кулачок 7 один раз за оборот червяка.При этом за счет ускорения или замедления вращения вала
червяка 2 и осуществляется коррекция.281
Принцип корректирования двумя кулачками приводит к более
простой форме кулачков.На рис. 164 показан эффект от введения корректирующего
устройства. Измерение накопленных (б) и циклических (в) ошибокРис. 164. Корректирующее устройство зубофрезерного станкаделительной пары с корректирующим устройством и без него
показывает значительное уменьшение погрешностей.Для накопленной погрешности (отражающей биение всего ко¬282
леса) точность возрастает до 10 раз, а для циклической погрешно¬
сти (точность эвольвенты) в 2—4 раза.Станки с коррекционными устройствами можно использовать
для производства более точных работ.2.	Механизмы зажима столов и траверсСтолы, траверсы, шпиндельные бабки, которые должны быть
неподвижными в процессе обработки, необходимо закреплять на
направляющих после их перемеще¬
ния. Для этой цели применяются
специальные механизмы зажима
подвижных узлов, которые обе¬
спечивают высокую контактную
жесткость подвижных стыков и
виброустойчивость системы. В про¬
стейшем случае это могут быть
клеммовые механизмы или при¬
жимные винты, которые закрепля¬
ют данный узел. Например, зак¬
репление хобота консольнофрезер¬
ных станков (рис. 165) производится двумя стаканами со скосами
1 при повороте гайки 2.Такой метод можно применять лишь при сравнительно редких
перестановках и малых усилиях затяжки. При частых перемеще¬
ниях узла необходимо иметь механизм, удобный для управления
важимом.Например, для зажима гильзы колонны и бабки у радиально¬
сверлильных станков Обычно предусматривается специальный ме¬
ханизм с приводом от электродвигателя.Для зажима траверс в продольнофрезерных, карусельных и
других станках, зажима столов и шпиндельных бабок в горизон¬
тальнорасточных и других станках также предусматриваются за¬
жимные устройства. В станках с программным управлением вклю¬
чение механизмов зажима должно производиться автоматически и
обеспечивать точное положение рабочего органа. На рис. 166 по¬
казан^ конструкция зажимного механизма для стола горизонталь¬
норасточного станка модели 262Пр станкостроительного завода
им. Свердлова (см. вклейку).Зажим производится от специального электродвигателя /, кото¬
рый через редуктор 2 сообщает поступательное перемещение што¬
ку 3. Шток поворачивает вал 4, который через серьгу 5 и систе¬
му рычагов 6 поворачивает валики 7 с винтами зажима. Винты под¬
тягивают зажимные планки 8 и закрепляют стол на направляющих 9.Для включения электродвигателя 1 со штоком 3 связана шестер¬
ня 10, на оси которой закреплен кулачок 11, нажимающий на ко¬
нечный выключатель 12.
Для зажима на направляющих подвижных узлов тяжелых стан¬
ков находят применение гидромеханические устройства с клино¬
выми, винтовыми и другими зажимными механизмами. На рис. 167
показано устройство с клиновым зажимом, разработанное СКБ-2.Рис. 167. Зажимное гидромеханическое устройствоЗажим узла производится стяжкой 1 и прижимной планкой 2.
Усилие зажима создается пакетом тарельчатых пружин 5, дейст¬
вующих на клинья 3 и 4. Усилие пружин регулируется гайкой 6.
Отжим производится гидравлическим поршнем 7, который дейст¬
вует на шпильку 8. Ход поршня регулируется за счет подвинчи-
вания подвижной части корпуса 9 [12, 13].284
по стрелке Г (подернуто на 90°)V77777r/jVy>?//W7S?77T777.Т'у;///;;/А;//у;/;;/7.777777-лРис. 166. Механизм зажима стола станка 262Пр
Расчет механизмов зажима столов и траверс следует произво¬
дить из условия, что сила зажима должна обеспечить неподвиж¬
ное пвложение узла при обработке.Места прижимных поверхностей механизма должны быть рас¬
положены так, чтобы усилие зажима не искажало положения дан¬
ного узла, не приводило к его перекосу. Эпюра удельных давлений
на рабочих направляющих от усилия зажима Должна приближаться
к прямоугольной форме.3.	Механизмы точной остановки
и фиксации рабочих органовТочная остановка рабочего органа станка в определенном по¬
ложении во многих случаях должна быть получена не путем отсче¬
та координат, а автоматически. Это относится к периодически пов¬
торяющимся положениям рабочего органа, например к повороту
револьверной головки или стола многопозиционного станка. В
этом случае для их точного останова применяются механизмы фик¬
сации. Например у револьверной головки (рис. 168) по окружно-Рис. 168. Фиксация револьверной головки
сти расположены конусные фиксаторные гнезда по числу позиций
головки. После поворота головки специальный механизм вводит
фиксатор в соответствующие гнезда и его коническая поверхность
заставляет занять головку точное положение. После этого она за¬
жимается. Механизмом фиксации исправляют то возможное не¬
точное положение узла, которое он занял после того, как механизм
перемещения (поворота) установил его в требуемое положение.Усилие на фиксаторе, созда¬
ваемое обычно пружиной,
должно быть достаточным,
чтобы произвести небольшое
перемещение узла для точ¬
ной его установки. Механиз¬
мы фиксации многопозицион¬
ных станков рассматривают¬
ся в курсе «Автоматы». Для
точного положения суппор¬
тов и столов часто применя¬
ются жесткие упоры, до ко¬
торых доходит перемещаю¬
щийся узел.В приводе быстрых пере¬
мещений тяжелых узлов иног¬
да применяют замедленную
скорость в конце хода с тем,
чтобы уменьшить сйлы инер¬
ции и создать условия для
более точной остановки узла
в требуемом положении.
Такой механизм преду¬
смотрен, например, в горизонтальнорасточных станках моделей
2620А и 2622А станкозавода им. Свердлова для работы с автомати¬
ческой установкой по координатам в вертикальной и поперечной
плоскостях станка. Для этой цели на корпусе шпиндельной баб¬
ки и на столе станка устанавливаются механизмы точного элект¬
рического останова и двухпозиционные штанги с регулируемыми
упорами (рис. 169).При установке шпиндельной бабки или стола по координатам
механизм точного останова своим рычажком 1 наезжает на соответ¬
ствующий упор штанги 2. При этом срабатывает первый микропе¬
реключатель 3 и устанавливается постоянная скорость перемеще¬
ния узла в 30 мм/'мин вне зависимости от величины ранее установ¬
ленной скорости перемещения. С этой скоростью узел перемещает¬
ся на расстояние 5—6 мм, после чего срабатывает второй микропе¬
реключатель 4 и узел останавливается. Точность останова показы¬
вает индикатор 5.*—! cSb
liflh.цд2 /Рис. 169. Механизм точной остановки
шпиндельной бабки расточного станка мо¬
дели 2620А286
§ 3, МЕХАНИЗМЫ КОМПЕНСАЦИИ ИЗМЕНИВШИХСЯ ПАРАМЕТРОВ1.	Механизмы регулировок\Правильно отлаженный станок с течением времени будет те¬
рять свои начальные параметры, во-первых, из-за износа отдель¬
ных поверхностей и, во-вторых, из-за деформаций и перемещений
узлов и деталей под действием усилий, возникающих при работе.
Для восстановления утраченных свойств станка необходимо пре¬
дусматривать специальные механизмы регулировок. Эти же меха¬
низмы служат и для начальной отладки станка.Рис. 170. Механизмы регулировок стола зубофрезер¬
ного станкаВ каждом ответственном узле металлорежущего станка, как
правило, имеется целый ряд регулировок для компенсации износа
и отладки положения отдельных сопряжений. Регулирующие
элементы должны быть легко доступны.В качестве примера на рис. 170 показан узел стола зубофрезер¬
ного станка, который должен обеспечивать точное вращение на¬
резаемой шестерни. В конструкции стола предусмотрены следую¬
щие регулировки. При износе кольцевых направляющих стола в
нижней части предусмотрена гайка У, при помощи которой устра¬
няется возникший осевой зазор.Для компенсации радиального зазора шпинделя предусмотрена
конусная втулка 2, которая может перемещаться в осевом направ¬
лении. Ее перемещение производится винтами 3, которые поверты¬
вают шестерню, связанную с рейкой втулки.Для компенсации осевого зазора в червячной паре червяк и
288
соответственно червячное колесо выполнены специальной кон¬
струкции. Червяк имеет разный угол подъема нитки для правого
и левого профиля, благодаря чему толщина витка 4 увеличивается
от одного конца червяка к другому. Компенсация,осуществляется
осевым перемещением червяка при помощи гаек 5. Этот метод
позволяет выбирать зазор в червячной паре без изменения меж-
осевого расстояния между червяком и червячным колесом. Регу¬
лирование упорных подшипников 6 червяка осуществляется гай¬
ками 7. Таким образом, все ответственные сопряжения узла имеют
устройства для компенсации возникающих зазоров.При описании конструкции отдельных механизмов и узлов
выше были рассмотрены механизмы регулировки подшипников
скольжения и качения, механизмы для регулировок направляю¬
щих и др.Описание всех регулировок станка и методов проверки отре¬
гулированного элемента дается в инструкциях по наладке станка.Наиболее прогрессивным методом компенсации изменившихся
параметров станка является применение методов автоматической
компенсации, когда в станке предусмотрены механизмы, которые
без участия рабочего поддерживают требуемую точность обработ¬
ки. В качестве примера такого устройства можно указать на авто¬
матическую компенсацию износа направляющих суппорта, пред¬
ложенную автором, которая позволяет избежать трудоемкого ре¬
монта направляющих станков и в течение длительного времени
сохранять их точность.Принципиальная схема автоматической компенсации положе¬
ния суппорта при износе его направляющих показана на рис. 171, а.
Суппорт 1 имеет направляющие в виде пластмассовых вставок 2,
помещенных в стаканы 3. При перемещении по направляющим
станины 4у которые практически не изнашиваются, суппорт изме¬
няет свое начальное положение в результате износа вставок 2.Для контроля за положением суппорта предусмотрены штифты5,	которые при опускании воздействуют на датчики 6. Датчики
установлены таким образом, что их мерительные штифты контро¬
лировали размер hy т. е. положение суппорта 1 от базовой направ¬
ляющей 4.При опускании суппорта ниже размера h датчик дает команду
на автоматическую компенсацию износа путем подачи пластмассо¬
вой вставки 2 на небольшую величину. Для этой цели в автоком¬
пенсаторе предусмотрен винт 7 и поршенек 8 или какое-либо иное
устройство, обеспечивающее периодическую подачу вставки 2 и
восстановление за счет этого положения суппорта 1.Если система выполнена с ручной компенсацией износа, то
датчики и механизмы регулирования отсутствуют. В этом случае
размер h периодически проверяется обычными мерительными сред¬
ствами, а положение суппорта восстанавливается вручную за счет
поворота винта 7.2Н‘)
На рис. 171, б показано конструктивное оформление регулируе¬
мых опор стола, которые установлены на станине внутришлифо-
вального станка *.*	В разработке конструкции опор принимал участие доц. канд. техн.
наук Дальский А. М.290
291
2.	Механизмы компенсации износа инструментаБыстрый износ режущего инструмента является препятствием
для повышения производительности и сохранения точности обра¬
ботки. Это особенно относится к абразивному инструменту — шли¬
фовальным кругам, которые изнашиваются весьма интенсивно.
Обработка шлифованием является, как правило, отделочной опе¬
рацией, предназначенной для окончательного получения размеров
деталей с высокой точностью. Поэтому в шлифовальных станках пре¬
дусмотрены специальные механизмы для правки шлифовального
круга, т. е. восстановления его геометрической формы и подвода
круга на величину снятого слоя. При шлифовании профильным
кругом, например при резьбошлифовании или зубошлифовании,
круг имеет соответствующий профиль, и его правка производится
механизмами, обеспечивающими данную кривую. Например,
при шлифовании зубцов по методу копирования для правки шли¬
фовального круга предусматриваются два механизма: механизм
боковой правки для получения эвольвенты и механизм периферий¬
ной правки для получения формы впадины зуба. Боковая правка
зуба производится обычно по шаблону с применением пантограф-
ных устройств.Механизм периферийной правки должен обеспечить получение
формы круга по дуге или по прямой со скруглениями. В зубошли¬
фовальном станке модели 5861 это выполнено следующим образом
(рис. 172). Рычаг с алмазом 2 или его заменителем может повер¬
тываться вокруг оси О—0Х для правки по дуге и вокруг оси ССг
для образования прямолинейного участка. Для установки механиз¬
ма правки в зависимости от высоты шлифуемого зуба предусмотре¬
на линейка 3 и конус 4 для отсчета перемещения и винт 5 для пе¬
ремещения механизма.Рычаг 1 поворачивается от шестерни 6, нарезанной на валу,
при перемещении поршня 7, на котором нарезана рейка. Поршень
помещен в цилиндре 8 и получает возвратно-поступательное дви¬
жение от гидропривода.При необходимости образовать прямолинейный участок на ва¬
лу 6 устанавливаются сменные кулачки 14, которые прижимаются
к регулируемому упору 9 пружиной 10, действующей на штифт 11.Подъем кулачка определяет величину качания механизма во¬
круг вертикальной оси 12. Рукоятка 13 предусмотрена для ручной
правки.В последнее время в станках начинают применяться механиз¬
мы компенсации износа обычного металлорежущего инструмента.
Например, в зубофрезерном станке модели 5312, предназначенном
для встройки в автоматическую линию, предусмотрено периодиче¬
ское перемещение фрезы вдоль оси и ввод в работу новых, неиз¬
ношенных зубьев фрезы. Это обеспечивает длительное сохранение
точности обработки.292
Глава 11МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ И БЛОКИРОВКИ
§ 1. МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ♦1. Типы механизмов управления и требования,
предъявляемые к нимМеханизмы управления станков предназначены для пуска и
останова отдельных механизмов и всего станка, включения тре¬
буемых скоростей и подач, быстрых подводов и отводов механиз¬
мов и для выполнения всех тех функций по изменению характера
движения инструмента и заготовки, которые требуются для осу¬
ществления данного технологического процесса.Чем сложнее цикл станка, чем выше его производительность,
тем более высокие требования предъявляются к механизмам уп¬
равления.Механизмы управления должны обеспечивать быстроту дейст¬
вия, сокращая холостое, непроизводительное время. Они долж¬
ны быть по возможности более простыми и малогабаритными. В
современных станках конструкция механизмов управления может
существенно повлиять на сложность всего станка. Кроме того,
должна быть обеспечена не только безопасность управления стан¬
ком, но также удобство и легкость управления.Системы управления станком можно разделить на ручные и
автоматические. При ручном управлении все переключения цикла
осуществляются рабочим при помощи рукояток (рычагов), штурва¬
лов, педалей или кнопок управления.Существуют системы управления многими рукоятками и одной
рукояткой, различные положения которой соответствуют отдель¬
ным включениям, В системах с так называемым предварительным
выбором скоростей время на переключение минимально, так как
установка требуемой скорости производится заранее во время пре¬
дыдущей технологической операции и затем надо только включить
эту скорость.Автоматические системы управления обеспечивают управление
циклом станка без участия человека и поэтому являются наиболее
прогрессивными. Имеется большое разнообразие систем автомати¬
ческого управления, но по принципу действия они могут быть
разделены на две группы:1.	Системы без обратной связи, когда задан¬
ный цикл осуществляется с требуемой последовательностью без
контроля рабочими органами станка правильности его осуществле¬
ния.2.	Системы с обратной связью, когда при помо¬
щи специального датчика сравнивается действительное положение293
рабочего органа станка (стола) с требуемым по программе и при
рассогласовании показаний датчика и программы создается сигнал
управления, ликвидирующий это рассогласование.Основные типы механизмов управления могут быть представле¬
ны следующей схемой:Характерной особенностью развития механизмов управления
современными станками является автоматизация управления с при¬
менением электрических, а в ряде случаев гидравлических и пнев¬
матических методов подачи команд.В современных станках часто сочетается ручное управление
с элементами автоматического управления отдельными переключе¬
ниями.Механизмы ручного управления должны иметь такую конструк¬
цию и так расположены на станке, чтобы утомление рабочего
было минимально.Для этого необходимо учитывать геометрию и механику чело¬
веческого тела и решать вопрос о зоне расположения органов
управления, допустимых усилиях на рукоятках, последователь¬
ности переключения и другие вопросы. Необходимо также учиты¬
вать физиологические особенности человека, например желатель¬
ность пауз при работе для восстановления работоспособности мус¬
кул, эффективность воздействия цветовых сигналов (лампочек) и
ДР-
294
Характерным примером учета физиологических особенностей
человека является мнемоничность системы управления, т. е. та¬
кое ее устройство, при котором рабочий не напрягал бы излишне
свою память, чтобы решить, где находится данная рукоятка, в
какую сторону ее надо повернуть и т. д.Например, при включении движения рабочих органов станка
мнемоничность управления достигается за счет того, что направ¬
ление включения или перемещения рукоятки совпадают с направ¬
лением перемещения данного
узла. Так, рукоятка для
быстрого подвода сверлиль¬
ного шпинделя на рис. 173,
а сконструирована неправиль¬
но, а на рис. 173, б — пра¬
вильно.Для учета геометрии тела
человека необходимо исхо¬
дить из соотношений его ро¬
ста и размеров конечностей
(рис. 174, а) с тем, чтобы
избегать наклона корпуса
при работе. Нормальный
рост человека можно принять Н = 1720 мм.Важно также знать то пространство, которое может обслужить
рабочий только за счет рук, не наклоняя плеч и корпуса (рис.
174, б). В заштрихованной области А и Б все движения совершаютсяI (ора)Оs)Рис. 173. Мнемоничность управления на
примере рукоятки для подвода шпинделяРис. 174. Геометрия человеческого телабыстрее, здесь надо располагать часто применяемые органы управ¬
ления. В зоне Л, близко расположенной к рабочему, действует пред¬
плечье, и здесь целесообразнее осуществлять движения, требующие
больших усилий.iN.'i
Как показывают наблюдения, наиболее удобная зона для рас¬
положения механизмов управления находится: при малых усилиях
включения на высоте от 900 до 1200 мм и при больших усилиях
на высоте 700—900 мм.Механика тела человека определяет допустимые нагрузки на
рукоятки (для частых операций не больше 4 /сГ, для обычных слу¬
чаев 6—8 кГ)у а также длительность силовых воздействий. Наибо¬
лее удобны включения скоростей при помощи кнопок, когда зат¬
рачиваются минимальные усилия для управления станком.Лучше для рабочего, если он не находится в одном фиксиро¬
ванном положении при работе станка, а может его менять. Напри¬
мер, рабочий должен иметь возможность и стоять, и сидеть при
работе на станке. Лишь при тяжелых работах можно только стоять,
а при точных (станки часового производства) только сидеть.При работе на станках с ручным управлением необходимо до¬
биваться не только легкости управления, но и удобства наблюде¬
ния за процессом обработки. Для станков средних размеров вы¬
полнение этого требования обычно не вызывает затруднений за
исключением тех случаев, когда обработка сопровождается сня¬
тием большого количества стружки (скоростное резание на токар¬
ных, фрезерных станках) или резание происходит с обильным ох¬
лаждением (зуборезные станки, многошпиндельные автоматы). При
обработке крупных деталей место обработки может быть удалено от
рабочего. В этом случае рабочее место станочника часто помещают
вместе с подвижными узлами станка — с суппортом токарного
станка, бабкой расточного станка и т. п.Имеются примеры применения в тяжелых станках телевизион¬
ной установки для передачи на экран, расположенный у пульта
управления, изображения места обработки.При обработке мелких деталей также затруднено наблюдение
за перемещением инструмента. В этом случае применяют проекто¬
ры, дающие увеличенное изображение на экране инструмента и
детали.Проекторы можно применять не только при ручном перемеще¬
нии инструмента, но и при его механической подаче для наблюде¬
ния за процессом и для начальной установки инструмента.Ниже рассмотрены основные системы ручного управления, при¬
меняемые в станках.2.	Рукояточное управлениеНаиболее проста многорукояточная система управления. В этом
случае для каждого переключения предусмотрен свой орган уп¬
равления — рукоятка, педаль, штурвал. Передаточные звенья от
рукоятки к ведомому звену могут быть весьма разнообразными
(см. рис. 45).Например, для перемещения блоков шестерен коробок скоро¬
стей и подач применяют рейку, поступательно перемещающую вилку.296
В случае небольших осевых перемещений применяется качающая¬
ся вилка или рычаг, причем для лучшей компоновки рукояток
управления можно помещать две рукоятки на одной оси (рис. 175).Применение многорукояточ-
ных систем целесообразно лишь
в станках с небольшим числом
переключаемых механизмов и
сравнительно редкими переклю¬
чателями.При увеличении числа ру¬
кояток ухудшается удобство об¬
служивания, растет время, не¬
обходимое для переключений.В этом случае более целесо¬
образно применять однорукоя-
точное управление, когда при
помощи одной рукоятки произ¬
водится несколько, а иногда и
все переключения в данном уз¬
ле (в коробке скоростей, в ко¬
робке подач и др.). Такой спо¬
соб переключений приводит к
значительному сокращению ор¬
ганов управления. В качест¬
ве примера на рис. 176 изображена схема управления короб¬
кой скоростей на z = 8 скоростей при помощи одной рукоятки
(маховичка с указателем скоростей). От маховичка движение пе-Рис. 175. Управление коробкой ско¬
ростей при помощи нескольких ру¬
коятокIIIРис. 176. Схема однорукояточного управления—а, структур- •
пая сетка — б и схема кулачков управления — вредается управляющему валику с тремя кулачками. Каждый ку¬
лачок перемещает двойной блок коробки скоростей. Управляющий
валик может занимать 8 положений, каждому из которых соотнет-Ю Заназ 152
ствует включение данной скорости шпинделя. Из структурной
сетки видно, что для того, чтобы последовательно включать 8 скоро¬
стей, необходимо / блок поочередно переключать при каждом пово¬
роте кулачков на 1/8 часть окружности, II блок переключать при
повороте кулачков на 1/4, а блок III — при повороте кулачковна часть оборота. Необходимая последовательность переключе¬
ний и положена в основу выбора профиля кулачков управления.Данный способ управления прост и удобен. Его недостатком
является необходимость последовательной установки всех проме¬
жуточных скоростей при переходе от одной скорости к другой.Другой пример однорукояточного управления — переключение
подач у консольнофрезерного станка модели 6Н82 (рис. 177).о)Рис. 177. Управление коробкой подач горизоитальнофрезерного станка 6Н82Все 18 подач (см. развертку коробки подач, рис. 71) устанавливают¬
ся одной рукояткой U выполненной в виде грибка. Грибок должен
быть выдвинут до отказа, затем повернут для установки требуемой
подачи, указанной на лимбе 2 рукоятки, и дослан обратно.В коробке подач переключаются два тройных блока 3 и шестер¬
ня перебора 4. Переключающие вилки 5 закреплены на штангах
с рейками 6. Через шестерню 7 сообщается движение второй штан¬298
ге с рейкой 5, так что если штанга 6 идет вперед, то штанга 7—
назад и наоборот. Все три пары штанг подведены к шестерням 7,
сидящим на одной оси, как это показано на рис. 177, б. Против
штанг расположен диск переключения 9 с отверстиями против кон¬
цов штанг, которые в этой части имеют меньший диаметр. При
движении диска вперед в зависимости от его положения тот или
иной конец штанги попадает в отверстие и блок переключается или
остается в прежнем положении. Штанги А и В переключают трой¬
ные блоки (рис. 177, в), а штанги С, которые перемещаются от вы¬
ступа ступицы диска, переключают переборную шестерню.Для того чтобы была полная гарантия включения шестерен в
коробке управления, предусмотрен конечный выключатель 10, на ко¬
торый действует диск управления. Диск включает электродвига¬
тель коробки подач на короткое время. Шестерни коробки подач
получают вращения и при переключении блоков шестерен они вра¬
щаются по инерции, что исключает возможность попадания шесте¬
рен зуб в зуб, когда включение невозможно. Такой метод можно при¬
менять лишь в коробках подач при небольших окружных скоростях.3.	Система переключения скоростей
с автоматическим реверсивным импульсным устройствомДля переключения одной рукояткой блоков шестерен в короб¬
ках скоростей, изготовленных станкозаводом им. Свердлова, в го¬
ризонтальнорасточных станках применена новая система управле¬
ния, обеспечивающая надежное безударное включение шестерен [40].Основная идея этого механизма заключается в том, что при
попадании переключаемых зубчатых колес в зону невключения к
колесу прикладывается импульсный момент, который производит
дополнительный поворот ведущей цепи коробки скоростей и уста¬
навливает зубчатые колеса в положение, при котором легко осу¬
ществляется включение.Электросхема станка обеспечивает создание у электродвигателя
импульсного момента, многократно (до 10—15 раз) уменьшенного
по сравнению с номинальным значением крутящего момента. Этот
импульсный момент выбирается такой величины, чтобы он смог
провернуть ведущую часть кинематической цепи коробки скоро¬
стей при попадании шестерен зуб в зуб. В зависимости от поло¬
жения зубцов этот доворот должен быть сделан в одну или дру¬
гую сторону. Если включенный импульсный момент меньше мо¬
мента сопротивления, то электродвигатель «опрокидывается» и
импульсный момент создается в обратном направлении.После окончания цикла электродвигатель" автоматически пере¬
ключается с режима реверса на режим нормального вращения с
номинальным моментом.Уменьшение величины импульсного момента электродвигателя
переменного тока достигается путем ввода сопротивления в цепь
обмотки статора.10*
Рис. 178. Переключение скоростей с автоматическим реверсивным
импульсным устройством300
Переключение зубчатых колес в режиме реверса двигателя с
многократно уменьшенным импульсным моментом {при «вялой»
пусковой характеристике), происходит с низкой скоростью сколь¬
жения торцовых поверхностей зубьев при допустимых контактных
напряжениях.Этот принцип применим для переключения передач быстроход¬
ных коробок скоростей станков вне зависимости от передаваемой
мощности и величин моментов инерции вращающихся звеньев и
моментов сопротивления повороту ведомой части кинематической
цепи.На рис. 178 показана схема управления переключением скоро¬
стей горизонтальнорасточных станков завода им. Свердлова. Пе¬
реключение производится оттягиванием на себя и поворотом ру¬
коятки /, которая перемещает диск управления 2 и воздействует
на концы реек 3, аналогично рассмотренной выше системе управле¬
ния для коробок подач фрезерного станка (см. рис. 177). Помимо
переключения блоков шестерен 10, различные скорости получают¬
ся за счет переключения двухскоростного электродвигателя на
1500 или 3000 об!мин. Это переключение производит штырь 4, воз¬
действующий через систему рычагов на конечный выключатель В.В начале отвода рукоятки /, когда диск 2 перемещается из
положения / в положение //, освобожденный от фиксации валик 5
под действием импульсной пружины 6 переместится вправо
на величину импульсного хода Д. В результате разомкнутся кон¬
такты Е и начнется торможение электродвигателя, если он не был
выключен. При дальнейшем отводе диска 2 освободится упор 7,
который через рычаги разомкнет контакт Ж и двигатель остано¬
вится.Если при движении на рейки 3 любая из включаемых шестерен
упрется торцом, то диск 2 остановится, а при продолжающемся
нажиме на рукоятку 1 зубчатое колесо 8 обкатится по рейке 9,
преодолеет усилие импульсной пружины 6 и через рычаги замкнет
контакт Е. При этом произойдет импульсное включение двигателя
и поворот ведущего блока, торцы которого упираются в ведомый
блок. После поворота шестерни в положение включения блок вве«
дется в зацепление от действия импульсной пружины. Исследова¬
ния, проведенные канд. техн. наук П. Г. Когель, одним из авторов
данного механизма переключения скоростей, показали широкие
возможности применения данного типа механизма управления.4.	Управление с предварительным выбором скоростей
(преселективное управление)В станках, где переключения скоростей или подач производит¬
ся часто, а время на выполнение технологических операций неве¬
лико, возрастает доля времени, идущая на управление. Для сокра¬
щения этого времени применяются системы с предварительным пы¬
ли 1
бором скоростей. Основная идея этих механизмов заключается в
том, что время на установку требуемой скорости совмещается с
временем обработки и только время включения этой предваритель¬
но установленной скорости является учитываемым холостым
ходом.Механизмы с предварительным выбором скоростей часто приме¬
няются для револьверных станков. В этом случае коробка скоро¬
стей имеет два органа управления: поворотный диск с указателем
всех скоростей станка и рукоятку включения скорости.Рабочий уже при работе станка поворачивает диск и устанав¬
ливает то число оборотов, которое необходимо для следующейтехнологической операции.
При этом никаких изменений
в работе станка не происхо¬
дит. При окончании данной
операции он нажимает руко¬
ятку и на станке включается
то число оборотов, которое
было бы им предварительно
установлено.Для пояснения принципа
действия таких механизмов
на рис. 179 приведена схема
управления коробкой скоро¬
стей револьверного станка.
Штурвал 1 с указателем ско¬
ростей служит для предвари¬
тельной установки нужногочисла оборотов шпинделя, а
Рис. 179. Схема механизма управления с пуК0Ятка 2 — для включения
предварительным выбором скоростей рукоятка / для включенияэтой скорости. Все вклю¬
чения скоростей производят¬
ся при помощи фрикционных муфт 3, которые включаются от
рычагов 4. Концы всех рычагов (на схеме показан лишь один
из них) находятся между двумя дисками управления 5. Диски име¬
ют фигурный торец, так что выступы одного диска всегда находят¬
ся против впадин другого. Диски сидят на шлицевом валике 6 и
разведены друг от друга пружиной 7. Каждое положение штурва¬
ла 1 и связанных с ним дисков 5 соответствует определенной скоро¬
сти коробки скоростей. При повороте штурвала диски не задевают
концов рычагов 4, в каком бы положении они ни находились. Если
затем повернуть рукоятку 2, то через систему шестерен и кольце¬
вые рейки 8 диски сойдутся и, нажимая на концы рычагов, произ¬
ведут необходимые переключения. Так при изображенном на рис.
179 положении дисков выступ правого диска повернет рычаг
и будет включена пара шестерен с передаточным отноше¬
нием. i2.Ж
5.	Кнопочное управлениеНаиболее легко и удобно управлять станком при помощи кно¬
пок.. Однако в этом случае необходимо, чтобы механизмы привода
были приспособлены для такого управления. Применение много¬
скоростных электродвигателей для коробок скоростей и подач,
вспомогательных электродвигателей для холостых перемещений
или для управления механизмами станка (например, бесступенча¬
тым вариатором, см. рис. 157), применение электромагнитных
муфт, магнитов для подачи раз¬
личных команд и т. д. позво¬
ляет управлять циклом при по¬
мощи кнопок. Пульт управле¬
ния следует поместить в удоб¬
ном для рабочего месте, сосре¬
доточив на нем все кнопки уп¬
равления.В ряде случаев некоторые
кнопки целесообразно дублиро¬
вать — помещать их, например,
на общем пульте управления
и ближе к рабочему месту. Так,
в современных токарных стан¬
ках кнопки управления поме¬
щают не только на передней
бабке, но и у фартука станка,
чтобы рабочий мог без излиш¬
них движений производить нуж¬
ные переключения.Для безопасности "часто ду¬
блируются кнопки выключения
и пуска станка.Управление станками, пред¬
назначенными для обработки
крупных деталей (например, ка¬
русельные, расточные и другие станки), производится через под¬
весные пульты (рис. 180). Они помещаются на поворотном крон¬
штейне и легко занимают положение, удобное для рабочего, ко¬
торый может находиться у станка в разных местах.Применение кнопочного управления значительно облегчает
работу на станке, снижает утомляемость рабочего.Рассматривая механизмы ручного управления станками, можно
сказать, что их развитие в направлении централизации управлении
и применения кнопочного управления приводит к системам, удоб¬
ным для автоматизации управления, т. е. создаются предпосылки
для перехода к автоматическому управлению станками.Рис. 180. Подвесной пульт управле¬
ния станком модели 2470
6.	О механизмах автоматического управленияПолное автоматическое управление станком позволяет осущест¬
вить весь цикл обработки без участия, человека, т, е. превращает
станок в автомат. Возможна также автоматизация лишь части
команд управления, как это имеет место в автоматизированных
станках и полуавтоматах. При автоматизации управления станок
настраивается на выполнение определенного цикла, исходя из
которого и определяются необходимые команды для управления
циклом, их число и последовательность.При переходе на другой технологический процесс должен быть
переналажен и механизм управления. При подаче команд на вклю¬
чение отдельных механизмов от кулачков и при применении кулач¬
ковых механизмов для осуществления различных сложных законов
движения рабочих органов переналадка станка обычно связана с
определенными затратами времени на смену кулачков, перестанов¬
ку упоров или регулировку кулачковых механизмов.Стремление сократить время на переналадку станка до миниму¬
ма, сделать автоматизированное производство «гибким», привело
к созданию станков с так называемым программным управлением.
В этих станках команды записаны в виде отверстий на перфориро¬
ванной бумажной ленте, сигналов на магнитной пленке, пленке
с оптической записью или каким-либо другим способом, обеспечи¬
вающим легкую замену всего записанного цикла.Применение программного управления позволяет автоматизи¬
ровать универсальное оборудование, осуществлять управление
несколькими станками с одного пульта, централизованно изготав¬
ливать программы и передавать их на различные предприятия, лег¬
ко хранить программы.Недостатком станков с программным управлением является
сложность систем, особенно в случае применения электронных
устройств, увеличение габаритов оборудования и необходимость
высококвалифицированного обслуживания. Устранение этих недо¬
статков расширяет область применения программного управления.
Примером системы программного управления для обработки слож¬
ных поверхностей может служить копировально-фрезерный станок
модели 6441 Б. Станок служит для точной обработки по цифровым
данным (координатам) чертежа или по математическим уравнениям
плоских и пространственных деталей сложной формы (рис. 181).Для этой цели деталь /, установленная на столе 2, может иметь
продольное перемещение; салазки бабки 3 со шпинделем 4 пере¬
мещаются по направляющим вертикальной стойки, а сам фрезер¬
ный шпиндель с бабкой может перемещаться вдоль своей оси.Таким образом, фреза может занять относительно детали любое
положение в пространстве и обрабатывать фасонные поверхности.Необходимые для обработки детали движения записываются на
магнитную программную ленту 5 ц виде последовательности коман¬304
дных импульсов, число которых пропорционально требуемому
перемещению по соответствующей координате станка, а частота
пропорциональна скорости перемещения.‘ Цена одного импульса равна 0,02 лш, что составляет статиче¬
скую точность системы.Узел программного управления выполнен в виде приставного
шкафа 6, соединяемого со станком гибким шлангом с проводами.
В верхней части шкафа под откидной крышкой смонтирован ленто¬
протяжный механизм, а в нижней — установлены платы электрон-
ного управления.Рис. 181. Схема программного управления копировально-фрезерным станкомМагнитная лента перемещается со скоростью 100 мм/сек. На
рис. 181 показана упрощенная схема управления одной коорди¬
натой — перемещением стола. Сигналы, записанные на магнитной
ленте, попадают в схему формирования и синхронизации, где пре¬
образуются в электрические сигналы.В реверсивный счетчик попадают сигналы как от магнитной леп¬
ты программы, так и от датчика обратной связи, и если имеется
рассогласование в этих сигналах, то система автоматически ис¬
правляет движение стола станка. Далее сигналы попадают в деши¬
фратор, где преобразуются в непрерывную электрическую величи¬
ну и в усилитель. Последний посредством электромагнитного уси¬
лителя (ЭМУ) управляет скоростью исполнительного двигателя 8.
Двигатель 8 через редуктор 9 и ходовой шариковый винт 10 с гай¬
кой перемещает стол станка 2. Чтобы избежать влияния зазором
в механической части привода, которые могут повлиять на точность
перемещения, .приняты специальные конструктивные решения.
Во-первых, косозубые шестерни выполнены двойными с выборкой
зазоров при помощи пружин и, во-вторых, винт и гайка имеют
специальную конструкцию с шариками, обеспечивающими троит*
качения вместо трения скольжения. Движение стола контроли¬
руется датчиком обратной связи. Датчик представляет собой диск II.\ч:>
с радиальными прорезями, который приводится во вращение от
рейки стола, через редуктор. Против прорезей диска установлен
фотоэлемент 7. Число сигналов, подаваемых на фотоэлемент при
прохождении мимо него прорезей диска, пропорционально дейст¬
вительной скорости перемещения стола. Эти сигналы преобразуют¬
ся в электрические импульсы и передаются в реверсивный счетчик
для сравнения с сигналами от магнитной ленты.Рассмотренная система программного управления является
достаточно универсальной, предназначенной для обработки слож¬
ных пространственных поверхностей, заданных координатами или
выраженными математическими уравнениями.Основные системы автоматического управления станками рас¬
сматриваются в курсе «Автоматы».§ 2. МЕХАНИЗМЫ БЛОКИРОВКИ И ПРЕДОХРАНЕНИЯ
ОТ ПЕРЕГРУЗОК1.	Механизмы блокировкиПри включении различных движений может получиться такая
комбинация положений рукояток управления или переключае¬
мых механизмов, которая приведет к поломке деталей привода.Для избежания этого применяются
специальные механизмы блокировки, ко¬
торые обычно конструктивно объединяют¬
ся с механизмами управления. Например,
на рис. 182, а показана схема переклю¬
чения двухвенцовых блоков шестерен для
получения четырех скоростей между двумя
валами. Условием правильного включения
рукояток будет установка одной рукоят¬
ки в нейтральное положение и лишь пос¬
ле этого включение скорости другой руко¬
яткой. В противном случае могут быть
одновременно включены две различные
скорости между валами, что приведет к
поломке. Механизм блокировки, который
не допускает таких включений, представ¬
ляет собой фиксатор , помещенный в на¬
правляющих. У рукояток имеются дис¬
ки с гнездами. При включении одной ру¬
коятки вторая запирается и не может
быть включена.Другой пример блокировки — обеспе¬
чение только поочередного вращения двух
взаимно перпендикулярных валов (рис.182,	б). Для этого на валах помещены диский)б)Рис. 182. Блокировка ру¬
кояток переключения — а
и возможности вращения
перекрещивающихся ва¬
лов—6306
с вырезом. При вращении одного вала другой находится в «запер¬
том» положении.В случае применения однорукояточных систем задача блоки¬
ровки решается за счет конструкции самого механизма управле¬
ния, который допускает только нужные включения.При кнопочном управлении блокировка обеспечивается электро¬
схемой станка.Механизмы блокировки весьма разнообразны. В качестве при¬
мера конструктивного решения можно указать на широко известную
блокировку включения движения от ходового винта и от ходового
валика в фартуке токарного станка.| В случае применения в фартуке электромагнитных муфт меха¬
низм блокировки упрощается. Например в станке 1К620 включе¬
ние маточной гайки сблокировано с выключением соответствующей
электромагнитной муфты.В тех случаях, когда нарушение правильной работы механиз¬
мов не приводит к поломкам или авариям, можно применять меха¬
низмы сигнализации.2. Механизмы предохранения от перегрузокДля предохранения механизмов станка от поломок из-за воз¬
растания рабочих нагрузок выше допустимых значений или из-за
заедания и неполадок в работе отдельных механизмов в станке
предусматриваются специальные устройства, размыкающие дан¬
ную кинематическую цепь.Механические перегрузочные устройства чаще всего выполня¬
ются в виде глухих, кулачковых или фрикционных муфт с элемен¬
тами, рассчитанными на передачу определенного крутящего момен¬
та.Глухие муфты, соединяющие два вала, передают усилия через
специальный срезной штифт (рис. 183, а), который рассчитывается
из условия, что при определенном крутящем моменте он разрушит¬
ся. Конструкция данного предохранительного устройства весьма
проста, но ее недостатками является лишь известная степень при¬
ближения расчетной нагрузки разрушения к действительной и
необходимость устанавливать новый штифт после разрушения дан¬
ного. При установке штифта необходимо запрессовывать его в
стальные каленые втулки и применять только ту марку стали, ко¬
торая выбиралась из расчета (ст. 45, ст. 40Х с закалкой и отпуском
и др.) и точно выдерживать заданную термообработку. Более удоб¬
ны для предохранительных устройств кулачковые (рис. 183, Г>)
или фрикционные (рис. 183, в) муфты. Здесь усилие срабатывании
может регулироваться за счет пружины, а после уменьшения кру¬
тящего момента до допустимой величины работоспособность цс'и и
автоматически восстанавливается. Кулачковые муфты с трапецеи¬
дальными кулачками менее точно выдерживает установлен и ыи м<>-*
IРис. 183. Предохранительные муфты:а— глухая с радиальным срезным штифтом; 6 — ку¬
лачковая; в — фрикционнаяРис. 184. Центральный предохранитель привода подач горизон¬
тальнорасточного станка модели 2620
мент, так как трение в шлицах или в скользящей шпонке может
изменяться в достаточно широких пределах, особенно при некото¬
ром перекосе.Кроме того, при проскальзывании зубцов возникает шум, а
сами зубцы могут быть повреждены.	IБолее удобны фрикционные перегрузочные устройства (рис.183,	в) с возможностью регулировать усилия прижатия дисков с
помощью пружин.Предохранительные муфты рекомендуется располагать так,
чтобы отключался участок кинематической цепи с малой инерцией
вращающихся масс.Кроме того, на отключаемом участке должно быть постоянное
передаточное отношение кинематической цепи, иначе крутящий
момент на валу предохранительной муфты будет принимать раз¬
ные значения.Желательно, чтобы предохранительные механизмы одновремен¬
но с разъединением участков кинематической цепи производили
выключение станка. Так, например, в расточных станках моделей
2620 и 2622 предусмотрен центральный предохранительный меха¬
низм привода подач (рис. 184), который при возникновении пере¬
грузок отключает шестерню 7, сцепленную с шестерней приводного
электродвигателя. Шестерня 1 передает крутящий момент через
поводок 2 с роликами 5, которые вхЪдят во впадины ее венца. При
перегрузках поводок отжимается, привод подачи отключается, а
стержень 4 воздействует на выключатель 5, который выключает
электродвигатель.Усилие прижатия поводка создается пружиной 6 и регулирует¬
ся гайкой 7.При правильной работе стола станка наибольшее допустимое
усилие подачи равно 2000 кГ.
Часть VОбщие вопросы проектирования станковПри проектировании станка, помимо расчета и конструирова¬
ния отдельных узлов и механизмов, решаются вопросы их синте¬
за — объединения в одной машине. Отдельные узлы должны быть
увязаны и скомпонованы таким образом, чтобы станок в наиболь¬
шей степени отвечал условиям высокой точности, производитель¬
ности, экономичности и удобства обслуживания, чтобы архитектур¬
ные формы станка соответствовали эстетическим требованиям,
предъявляемым к современным машинам. В данном разделе рас¬
смотрены компоновка станков и влияние на нее различных факто¬
ров, этапы проектирования и прогрессивные методы создания но¬
вых станков, а также вопросы оценки экономичности проектируе¬
мых станков.Глава 12
КОМПОНОВКА СТАНКОВ§ 1. ТИПОВЫЕ компоновки станков1.	Целевые узлы станкаКонструктивная компоновка станка, материализуя его кинема¬
тические связи, создает архитектурную форму станка и определяет
его технико-экономические и эксплуатационные характеристики.Как известно, металлорежущие станки отличаются чрезвычай¬
ным разнообразием конструктивных форм и размеров. Однако мож¬
но ^установить типовые компоновки станков, так как последние сос¬
тоят из целевых узлов и механизмов, характерных для всех типов
станков.Станок, как и всякая развитая рабочая машина, состоит из
двигательного, передаточного и исполнительных (целевых) меха¬
низмов, осуществляющих данный технологический процесс.Если же рассмотреть целевые узлы станка, которые опреде¬
ляют его конфигурацию, то можно назвать следующие три основ¬
ные группы:310
К 0 р пу сные узлы — станина, стойки, траверсы, колон¬
ны, которые создают основу станка и определяют взаимное распо¬
ложение всех узлов.	а**Узел детали (изделия) —стол, передняя и задняя бабки,
который определяет положение и характер движения обрабатывае¬
мой детали.	***Узел инструмента (суппорт, револьверная головка,• бабка инструментального шпинделя), который определяет располо¬
жение по отношению к детали и характер движения инструмента.
В станке может быть несколько узлов инструмента.Некоторые приводные механизмы, механизмы холостых ходов
и другие могут по-разному компоноваться по отношению к пере¬
численным основным целевым узлам станка. Но это обстоятельство,
как правило, не будет решающим образом влиять на весь облик
станка. Так, например, привод подач токарного станка частично
расположен в самостоятельном корпусе, присоединенном к станине
станка (коробочка подач), частично включен в узел инструмента
(фартук суппорта).Взаимное расположение и характер перемещения узла детали
и узла инструмента и определяет основную компоновку станка.2.	Основные принципы
компоновки однопозиционных станковРасположение основных узлов станка должно не только способ¬
ствовать получению заданных технических характеристик, но и
быть удобным для управления, обслу¬
живания и наблюдения за станком.	*Поэтому все узлы станка должны
располагаться с учетом положения ра¬
бочего места оператора или наладчика.Если рабочий стоит перед станком,
то примем следующие оси координат,
по отношению к которым компонуют¬
ся узлы станка (рис. 185):X—главная ось (по длине станка);Y —вспомогательная ось (по ширине
станка);Z — вертикальная ось (по высоте
станка).Начало координат следует распола- Рис. 185. Расположенно ко-
гать в средней части (в центре) детали, ординат станка по отноию-
Объект обработки — деталь —: явля- нию к рабочему месту
ется тем главным элементом, для из¬
менения формы которого создан данный станок. Деталь ncoi/wi
находится в центре внимания оператора в процессе обработки.
Поэтому компоновку станка следует рассматривать как целе¬
сообразное размещение узлов станка по отношению к обрабатывае¬
мой детали, а положение самой детали в пространстве определяется
по отношению к положению оператора или наладчика. В таблице
на рис. 186 приведены типовые компоновки однопозиционных стан¬
ков. В основу таблицы положено, во-первых, расположение узла
инструмента по отношению к обрабатываемой детали и, во-вторых,
характер перемещения детали в период обработки (вращение,
поступательное перемещение, деталь неподвижна). В ре¬
зультате получаем следующие четыре типовых компоновки
станков:1.	Узел инструмента (И) расположен спе¬
реди или сзади детали (Д). К этой группе относятся
токарные, круглошлифовальные станки, зубофрезерные станки
для нарезания реек и др.Для этих станков, несмотря на различие конструкции, харак¬
терна горизонтальная станина, вытяйутая вдоль оси X, и компонов¬
ка на этой станине узлов для привода детали (бабок или стола).
Если узел инструмента невелик, он крепится на станине обычно
спереди (суппорт токарного станка). Если узел инструмента дол¬
жен быть более мощным, то он представляет собой самостоятель¬
ную бабку, расположенную сзади» (шпиндельная бабка кругло¬
шлифовального станка, фрезерная бабка станка для нарезания
реек).Если деталь неподвижна, а инструмент перемещается, по оси Z,
как, например, в вертикальнопротяжных станках, то станок имеет
небольшие размеры по оси X.2.	Узел инструмента расположен сбоку
(с торца изделия). К этой группе относятся зубофрезерные,
горизонтальнорасточные, зубострогальные, горизонтальнопротяж¬
ные и другие станки.Для этих станков характерна компоновка всех основных узлов
вдоль оси X и отсутствие выступающих в направлении Y кор¬
пусных деталей. В них достигается хорошая обозримость де¬
тали спереди и сзади и возможность создавать рамные кон¬
струкции.3.	Узел инструмента расположен над де¬
талью. К этой группе относится большое число типов станков,
горизонтально- и вертикальнофрезерные, плоскошлифовальные,
сверлильные, долбежные, зубодолбежные, координатнорасточные,
хонинговальные и другие. Верхнее расположение инструмента
удобно с точки зрения доступности детали, ее транспортабельно¬
сти и наблюдения за процессом обработки.Для этих станков, несмотря на разнообразие конструктивных
форм, характерна вертикальная компоновка по оси Z и соответст¬
венно вертикальная форма станин. Исключение составляют стан¬
ки дл-я обработки сравнительно длинных деталей (специальные312
Сменные шесте,
18*2,5Сменные шестерни гитарырадиальный
суппорт ^шпиндель* схема горизонтальнорасточного станка модели 2620
токарные, плоскошлифовальные для длинных деталей* поперечно-
строгальные).4.	Веерообразное расположение узлов ин¬
струмента по отношению к изделию» Для стан¬
ков этой группы характерно наличие нескольких узлов инстру¬
мента, которые одновременно обрабатывают деталь с разных сто¬
рон. Сюда относятся карусельные, продольнострогальные, про¬
дольнофрезерные станки, некоторые типы координатнорасточных
станков.Для всех типов характерно наличие жесткой рамы (портала),
на которой крепятся узлы инструмента (строгальные суппорты,
фрезерные бабки и др.). Для менее мощных станков допускается
и незамкнутая рама, состоящая из стойки и траверсы (хобота).В практике станкостроения встречаются и другие компоновки,
но перечисленные случаи являются наиболее распространенными
и Характерными3.	Основные принципы
компоновки многопозиционных станковБольшое влияние на компоновку станков оказывает применение
принципа многопозиционной обработки. Для одновременной обра¬
ботки нескольких деталей станок должен иметь поворотный стол,
барабан или шпиндельный блок, который становится центральным
узлом, вокруг которого компонуются остальные узлы станка.Ось стола X—X определяет вертикальную или горизонтальную
компоновку всего станка. Кроме того, расположение на столе дета¬
лей и характер их движения во время обработки определяет харак¬
тер компоновки узлов инструмента.В таблице на рис. 187 приведены типовые случаи компоновки
многопозиционных станков.Для сокращения площадей и удобства обслуживания в много¬
позиционных станках широко распространена вертикальная компо¬
новка. Если деталь в период обработки вращается, то удобнее рас¬
полагать ось вращения детали Z параллельно оси стола (рис. 187, а).
К этой группе относятся многошпиндельные автоматы и полуавто¬
маты последовательного и параллельного действия для токарной
обработки и сверлильно-расточных работ. Расположение оси вра¬
щения инструмента перпендикулярно оси стола (рис. 187, б) —
более редкий случай. Обработка неподвижных деталей характерна
для агрегатных сверлильно-расточных станков с поворотным стол¬
бом (рис. 187, в).Горизонтальная ось стола, когда стол превращается в шпиндель¬
ный барабан, характерна для большой группы многошпиндельных
токарных автоматов и полуавтоматов (рис. 187, г), а обработка не¬
подвижных изделий на барабане с горизонтальной осью вращения313
произвбдится» например, на барабанно-фрезерных станках (рис.
187, е) с непрерывным вращением барабана или на многопозицион¬
ных станках с компоновкой, подобной типу (рис. 187, г). Более
подробно компоновка многопозиционных станков рассматривается
в курсе «Автоматы», так как большинство этих станков работают
по автоматическому или полуавтоматическому циклу.Рассмотренные типовые компоновки для одиопозиционных и
многопозиционных станков указывают возможные варианты компо¬
новок. Для выбора наиболее целесообразного варианта и уточне-Рис. 187. Типовые компоновки многопозиционных станковния. взаимного расположения, отдельных узлов станка конструкто¬
ру необходимо учитывать многочисленные факторы, обеспечиваю¬
щие высокие технико-экономические и эксплуатационные характе¬
ристики станка.314
§ 2. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КОМПОНОВКУ СТАНКОВ1.	Усилия резания, действующие при обработке’Величина и направление усилий резания оказывают решающее
влияние на компоновку станка*Направление и величина суммарной силы резания Р характе¬
ризуется величиной ее осевой, радиальной в тангенциальной со¬
ставляющих Рх, Ру и РгЛ которые зависят от процесса стружкооб-
разования.Обычно слагающая Рг определяет динамическую нагрузку ме¬
ханизмов коробки скоростей станка и эффективную мощность реза¬
ния. Слагающая Ру определяет силу отжима резца от детали и по¬
этому в этом направлении нужна повышенная жесткость узлов
станка (суппорта). Слагающая Рх определяет динамическую на¬
грузку в цепи механизма подачи станка.Курс «Резание металлов» дает методы определения усилий реза¬
ния в зависимости от применяемого инструмента, режимов обра¬
ботки, обрабатываемого материала и других характеристик процес¬
са резания [20].•В первом приближении составляющие усилия резания Р2 и
PN = V Pi + РI, возникающие на данном режущем лезвии,
могут быть подсчитаны в зависимости от толщины а и ширины Ъ
срезаемого слоя металла в лш, ширины площади контакта по зад¬
ней грани режущего лезвия с (мм) и характеристики обрабатывае¬
мого материала К (кГ/мм2):Рх = К(а + 0АФ [кГ]9
Pn = К (0,4а+ ф [кГ],К = 120—180 кГ/мм2 — для стали, К = 90—110 кГ/мм2 —для
чугуна. Чем выше твердость, тем больше значение К-Величину с принимают при расчете равной половине допусти¬
мого износа по задней грани.. Усилия резания, возникающие в процессе обработки, вызывают
реакции и силы трения в приводных механизмах станка, которые
преодолеваются двигателем. Неточность в передачах, дисбаланс
деталей и другие причины могут вызвать дополнительные динами¬
ческие нагрузки. Все они составляют систему сил, действующую
на звенья станка и определяющие размеры и компоновку механиз¬
мов и узлов.В период холостых ходов станка, когда не происходит процесса
резания, преодолеваются силы инерции перемещаемых узлов и
силы трения, возникающие в направляющих и кинематических
парах.Эти усилия также определяют размеры многих механизмов
станка.315
В случае многорезцовой. и многопозиционной обработки име¬
ется несколько точек приложения сил и поэтому общая картина
силовых воздействий на станок тесно связана со степенью концен¬
трации операций.Большое влияние на компоновку станков оказывают динами¬
ческие нагрузки, возникающие в быстроходных станках, станках
с переменными усилиями резания и при пуске и останове станка
(см. гл. 3, § 3)2.	Движения в станках и методы их осуществленияСхема резания определяет те движения, которые должны
сообщаться заготовке и инструменту для процесса формообразова¬
ния.Как указывает проф. Грановский Г. И., стремление к обработ¬
ке изделий любой формы простейшим и кратчайшим путем привело
к тому, что принципиальные кинематические схемы резания полу¬
чились основанными на сочетании двух элементарных движений —
прямолинейного и вращательного.В качестве примера в таблице (рис. 188) приведены наиболее
распространенные на практике сочетания указанных двух движе¬
ний, сообщаемых инструменту и изделию, на основании которых
могут быть получены различные схемы резания [19].Эти движения относятся только к процессу резания и не опреде¬
ляют всех других движений цикла обработки.Траектория относительного движения инструмента и изделия,
которая получается в результате их взаимного перемещения, оп¬
ределяет характер тех поверхностей, которые могут быть обработа¬
ны на основании принятых движений.Так, на основе одного движения, сообщаемого инструменту
или изделию (№ 1), простроены методы строгания, долбления,
протягивания, зубострогания. Во всех этих случаях относитель¬
ное движение инструмента и заготовки — прямая линия, и поэто¬
му различные поверхности, которые могут быть обработаны на
основе одного прямолинейного главного движения, должны быть
образованы прямыми линиями. Сложные профили в данном случае
получаются либо за счет соответствующей конфигурации инстру¬
мента (фасонный резец, протяжка), либо также за счет последова¬
тельных относительных перестановок инструмента и изделия (зубо-
строгание).В таблице (рис. 188) приведены и другие случаи сочетания
движений, которые положены в основу различных схем резания.Характер и направление движений инструмента и заготовки
оказывает непосредственйое влияние на компоновку всего станка,
так как определяют движение суппортов, столов, шпинделей и дру¬
гих основных механизмов станка.316
Большое влияние на конструктивное оформление станка ока¬
зывают и способы осуществления движений.В станках находят применение самые разнообразные методы
для осуществления движений исполнительных механизмов и дляNКинематичес¬
кая схемакШ£ПНРТраектория относительного
движенияМетод обработки1ААСхемаНазвание—АПрямаялинияСтрогание\ долбление,
протягивание, зудо-
строгание2АБА6А~Ир и бая
линияСтрогание
по копиру53ЯААФОкружностьПротягивание кру¬
говых сегментов4ЛL ААБВинтоваялинияТочение, резьбоноре -
зоние, сверление, раз¬
вертываниеБААБ5ААБАрхимедоваспиральОтрезка; подрезка
торцов, обточка фа¬
сонными резцами6&БАшУдлиненнаяциклоида(трохоида)Фрезерование цилин¬
дрическими фрезами,
шлифование пелефе-
рией камня70АВБ1Винтовая ги -
поциклическая
криваяОбточка гранёных
телРис. 188. Схемы резания и относительное движение инструментауправления циклом'(включение, выключение и изменение скорости
отдельных механизмов и согласование их движений по времени).Для приведения в движение отдельных механизмов применяют¬
ся:Механический способ, который является наиболее
старым и распространенным в станках. Используются почти все317
318Рис. 189 а.Силовая головка агрегатного станка на механической основе
1 1'1■319Рис. 189 6. Силовая головка агрегатного станка с гидроприводом
\<N320Рис. 189 в. Силовая головка агрегатного станка с пневмогидравлическнм приводом
известные механизмы: зубчатые и специальные зацепления, винто¬
вые, кулисные, кулачковые и др.Гидравлический способ удобен для плавного из¬
менения скорости и переналадки станка. Гидрофицированные
станки занимают все больший удельный вес в общем парке
станков.Пневматический способ применяется для вспомо¬
гательных и холостых движений — например, для зажима изде¬
лия, подачи заготовок, быстрого подвода и отвода суппортов и др.
Сжимаемость воздуха не позволяет использовать этот метод в чи¬
стом виде для рабочих движений.Пневмогидравлический способ основан на
сочетании пневматики для сообщения энергии движения механиз¬
му станка и гидравлики для регулирования скорости его движе¬
ния.Для управления циклом в станках применяются разнообразные
методы: механика — в виде упоров, кулачков, управляющи¬
ми муфтами, трензелями и другими механизмами; электрика
и электроника — управление электродвигателями, электро¬
магнитными муфтами, соленоидами и электромагнитами, совершаю¬
щими соответствующие переключения; гидравлика — управ¬
ление золотниками, регулируемыми насосами и гидромоторами,
гидромуфтами и другими устройствами; пневматика — упра¬
вление работой пневмоцилиндров исполнительных механизмов;
фотоэлектрические методы управления, на¬
пример фотокопирование по чертежу.В станках часто одновременно можно наблюдать сочетание раз¬
личных методов осуществлений движений и управления.Применение тех или иных методов движений и управления
придает станку свою специфику и влияет на компоновку и конст¬
рукцию отдельных узлов. Например, применение методов програм¬
много управления на базе электроники приводит нередко к необ¬
ходимости выделять эти узлы в виде шкафов или агрегатов управ¬
ления. Часто, имея одинаковую принципиальную компоновку от¬
дельных узлов, станок в зависимости от метода осуществления
движений включает узлы совершенно различной конструкции с
своеобразной компоновкой в них деталей и механизмов.В качестве примера на рис. 189 показаны различные конструк¬
ции сверлильно-расточных головок агрегатных станков, построен¬
ных на механическом, гидравлическом и пневмогидравлическом
методах осуществления движений.В головке с механическим приводом (рис. 189, а) движение от
электродвигателя / непосредственно передается на шпиндель 2,
а также через две червячные пары 3 и 4 и сменные шестерни (на
чертеже не видны) на пиноль 5. Пиноль 5 является цилиндриче¬
ским кулачком с пазом 6, в который входит неподвижный ролик 7.
Поэтому при вращении пиноли происходит поступательное пере¬321
мещение шпинделя по закону, определяемому профилем кулачка.
В головке t гидроприводом (рис. 189, б) поступательное движение
пиноли 5, шпинделя 6 сообщается от гидроцилиндра, поршень
которого 1 имеет рейку 2, находящуюся в зацеплении с валиком 3.
От гидросистемы, состоящей из насоса 7 и гидропанели управления
8, масло подается в левую или правую полость цилиндра. Управ¬
ление циклом производится от упоров, которые при движении пино¬
ли производят включение соответствующих золотников гидропанели.В пневмогидравлической головке (рис. 189, в) для поступатель¬
ного перемещения шпинделя служит пневматический привод. Для
регулирования скорости движения шпинделя имеется гидросисте¬
ма, в которой масло переходит из одной полости в другую. Этим
исключается влияние сжимаемости воздуха на закон движения,
так как пневматическое давление служит лишь для сообщения
энергии движения. Сжатый воздух через отверстие а в штоке порш¬
ня 1 подается в цилиндр 2. Так как поршень 1 неподвижен, цилиндр
имеете с головкой 3 перемещается по направляющим 4, при этом
масло из полости со штоком свободно сливается в бак. При пере¬
ключении плунжера 5, которое выполняется кулачком 6, укреплен¬
ным на корпусе головки, масло проходит через редукционный кла¬
пан и дроссель, при этом головка перемещается со скоростью рабо¬
чей подачи. Возврат головки происходит при подаче сжатого воз¬
духа в масляный бак, что осуществляется путем переключения элек-
тропневматического распределительного клапана. Пройдя через
форкамеру Л, воздух вытесняет масло из бака в полость со штоком,
возвращая головку в исходное положение [21]. Таким сбразом,
характер движений в станках и методы их осуществления являют¬
ся одним из факторов, определяющих конструкцию и компоновку
станка.► -:■* 3. Обеспечение требуемых технических характеристикТребования точности и производительности, для обеспечения
которых требуется жесткость, виброустойчивость, быстроходность,
долговечность и другие технические характеристики, также оказы¬
вают весьма сильное влияние на компоновку станка и его конструк¬
тивное оформление.	iДля современных производительных станков характерно приме¬
нение портальных конструкций, обеспечивающих большую же¬
сткость и виброустойчивость и возможность применения высоких
режимов резания.Естественно, что размеры станка, 'которые в свою очередь за¬
висят от размеров обрабатываемых деталей, оказывают сильное
влияние на всю компоновку станка. При той же схеме резания в
тяжелых станках часто становится более целесообразным переме¬
щать не деталь, а целевой узел, несущий инструмент, или изменять
метод перемещения рабочих органов станка. Например, у тяже¬322
лого продольнострогального станка, в отличие от станка средних
размеров (рис. 192), перемещение имеет стойка с суппортами, а
деталь устанавливается на неподвижной плите.4.	Эксплуатационные и экономические характеристикиЭксплуатационные характеристики — удобство обслуживания,
безопасность работы на станке, быстрота и удобство регулировки,
замены и ремонта узлов, хороший отвод стружки из зоны резания
влияют на компоновку станка. Расположение рабочей зоны в про¬
странстве должно учитывать рост
и положение рабочего у станка
и быть легко доступной и обозри¬
мой.Важной эксплуатационной ха¬
рактеристикой всего станка яв¬
ляется возможность встройки его
в автоматическую линию. Такие
станки должны обеспечивать сквоз¬
ную транспортировку деталей и
занимать небольшие площади. Это¬
му условию отвечают часто стан¬
ки с вертикальной осью.В качестве примера на рис.190 показан вертикальный много¬
резцовый токарный станок (кон¬
струкции ЭНИМС), приспособлен¬
ный как для обычной работы, так и
для встройки в автоматическую
линию. При установке вне авто¬
матической линии станок работает
по полуавтоматическому циклу.Создание станков, приспособ¬
ленных для работы в автоматиче¬
ской линии, является прогрессивным направлением в компоновке
станков.Для компоновки современных металлорежущих станков харак¬
терно освобождение нижней части станков под зоной резания для
отвода стружки.Существенное влияние на конструктивную компоновку стан¬
ков оказывают такие показатели экономичности, как занимаемые
площади, применение стандартных и унифицированных узлов, тех¬
нологичность конструкции и др.Особенное влияние на компоновку станка оказывает стремление
уменьшить занимаемую станком площадь. Применение вертикаль¬
ной компоновки вместо горизонтальной способствует сокращению
занимаемой площади на 30—40%. В ряде случаев целесообразноРис. 190. Токарный многорезцовый
станок, приспособленный для
встройки в автоматическую линию323
также применение сдвоенных станков. Например, в сдвоенном зу¬
бофрезерном, станке благодаря объединению в одной станине двух
независимых рабочих позиций экономится до 30% площади и стои¬
мости.5.	Архитектура станковТребования эстетики и создание станков с совершенными внеш¬
ними формами оказывают все большее влияние на компоновку и
внешний вид современных станков. Правильные пропорции стан¬
ка, обтекаемость его форм, окраска станка в приятные тона, удоб¬
ное расположение механизмов управления и сигнализации способ¬
ствует повышению производительности труда, безопасности работы
на станке, значительно облегчает труд.В социалистических условиях этому вопросу следует уделять
особое внимание. Недаром на станкостроительном заводе имется
специальный инженер-архитектор по станкам, который придает
окончательную архитектурную форму всему станку. Наши взгляды
на красоту форм машин меняются с развитием.техники. Высокие
скорости современных машин, их автоматизация, та окружающая
обстановка, в которой находятся машины, накладывают отпечаток
на их формы. Для современных машин-станков, автомобилей и др.
характерна тенденция к созданию обтекаемых форм, отражающих
стремление современного мира к высоким скоростям во всех их
проявлениях§ 3. ПРИМЕРЫ КОМПОНОВКИ И АНАЛИЗ УСИЛИЙ, ДЕЙСТВУЮЩИХ
НА ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ СТАНКОВ1.	Строгальные станкиУсилия, возникающие при обработке и действующие на основ¬
ные узлы станка, а также размеры обрабатываемых деталей во мно¬
гом определяют его компоновку.На рис. 191, б показаны составляющие силы резания, действую¬
щие при строгании. Сила резания является для станка внутрен¬
ней силой, действующей одновременно и на узел инструмента, и
на узел детали.При обработке небольших деталей (длина строгания до 1000 мм)
более простая и компактная конструкция станка получается, когда
деталь, неподвижна в процессе резания, а резец, закрепленный в
ползуне, совершает возвратно-поступательное движение.Это так называемые поперечнострогальные станки (рис. 191, а),
основными узлами которых являются: ползун 1 с резцедержавкой,
станина 2, внутри которой помещены основные приводные меха¬
низмы, стол 3, на котором закрепляется обрабатываемая деталь.
Сила резания Р, действуя на ползун, изгибает его, как консоль¬324
ную балку, а составляющая Рt ^ скручивает. Эпюра изгибаю¬
щих мрментов зависит от величины вылета и поэтому в ползуне
возникают переменные напряжения.В направляющих ползуна возникают реакции Rx и /?2, кото¬
рые тем больше, чем больше вылет /.Тяговое усилие на ползуне Q преодолевает составляющую силы
резания Рг и силы трения в направляющих, а при неравномерном
движении ползуна также силы инерции&где G — вес ползуна;	7/ — ускорение ползуна;[1 — коэффициент трения в направляющих;Rt' и R2' — полные реакции по граням направляющих (с уче¬
том пространственной системы сил).Сила резания, являясь внутренней силой, воздействует также
на стол стайка. Это усилие воспринимается направляющими (реак¬
ции RH и /?4), а также допол¬
нительной опорой (реакция
/?5), которая может отсутст¬
вовать у станков малых раз¬
меров. При наличии этой опо¬
ры получаем статически не¬
определимую систему сил,
действующую на стол, и ре¬
акция /?5 может быть опре¬
делена из условия деформа¬
ции дополнительной опоры и
деформации в стыках.Рассмотренная расчетная
схема, действующих, в попе¬
речнострогальных станках
усилий, не учитывает колеба¬
тельных процессов упругой
системы станка.Вместе с тем выяснение
условий устойчивости коле¬
бательной системы станка и
влияние на нее отдельных
параметров является необхо¬
димой предпосылкой для со¬
здания станков с динамиче¬
скими нагрузками.Для решения этой задачи
в первом приближении мож¬
но представить систему стан¬Рис. 191. Усилия, действующие ft попе¬
речнострогальном станке:а — усилия, действующие на основные узлы
стайка; б — составляющие си/t резания325
ка, как состоящую из сосредоточенных масс (станины, ползуна,
стола и т. п.), соединенных упругими связями. Такое допущение
возможно потому, что основная деформация узлов происходит в
их стыках и соединениях.Во многих случаях, в том числе для поперечнострогальных стан¬
ков упругую систему станка можно считать как плоскую колеба¬
тельную систему, что значительно упростит расчеты. Расчеты та¬
ких систем имеются в специальной литературе1 [56].) 1—	Ейс_5 EL5 cLbРис. 192. Компоновка продольнострогальных станков:
а — одностоечный; б — портальный; в — тяжелыйКомпоновка поперечнострогального станка целесообразна лишь
при обработке сравнительно небольших изделий. При увеличении
длины строгания увеличивается вылет ползуна и растут реакции
в его направляющих, стол станка испытывает все большие дефор¬
мации и дополнительная опора должна иметь большую жесткость.
Это затруднительно, так как стол имеет движение подачи в попереч¬
ном направлении.Поэтому при больших длинах обработки переходят к другой
компоновке станков — к продольнострогальным станкам (рис. 192).В обычных конструкциях продольнострогальных станков (рис.
192, а, 6) деталь устанавливается на столе, имеющем возвратно¬
поступательное движение, а суппорты с резцами закрепляются
на неподвижных стойках.326
При такой конструкции длина строгания не оказывает влияния
на величину и характер усилий, возникающих в суппортах и стой¬
ках станка. Поскольку суппорты имеют только движение подачи,
удобно обрабатывать деталь одновременно несколькими инструмен¬
тами, что очень важно для обработки крупногабаритных деталей.
Таким образом, данная компоновка станка более целесообразна
для обработки деталей больших размеров.Если ширина детали невелика, то применяются одностоечные
станки (рис. 192, а). В этом случае траверса и стойка работают как
незамкнутая (статически определимая) рама. Усилия резания изги¬
бают ее в пространстве и скручивают. Изгибающие и крутящие мо¬
менты и соответственно деформации тем больше, чем шире обраба¬
тываемая деталь.Поэтому большее распространение получили двухстоечные про¬
дольнострогальные станки (рис. 192, б), в которых суппорты по¬
мещены на траверсе и стойках, образующих жесткую рамную кон¬
струкцию (портал).При обработке очень больших изделий для сокращения габа¬
ритов станка и упрощения его конструкции целесообразно деталь
устанавливать на неподвижной плите, а возвратно-поступатель-
ное движение сообщать порталу с закрепленными на нем суппор¬
тами (рис. 192, в). В этом случае, хотя деталь и неподвижна, усилия,
действующие на основные звенья станка, не зависят от длины стро¬
гания, а деталь закреплена достаточно жестко.Таким образом, различные конструктивные формы строгальных
станков прежде всего зависят от характера усилий, действующих
на узлы станка при обработке деталей различных размеров.2.	Токарные станкиВ токарном станке силы резания действуют на переднюю и
заднюю бабки и на суппорт.При обточке в центрах усилия, действующие на передний и
задний центр, будут изменяться в процессе обточки.Составляющие в плоскости перпендикулярной оси изделия бу¬
дут (рис. 193, а).На передней опоре:=	>‘=p’i+p-TrAw'V*.+y.-в задней опоре:zh ^ ?г 7 — т; Уь ^Ру~Т~~Р* ; В = ]/^ А ~Ь У*ь »где О— вес детали;d — диаметр детали.327
Осевая сила ха, действующая на переднюю бабку, слагается из
составляющей усилия резания РХУ из осевой составляющей пол¬
ной реакции на центре (рис. 193, б), равной Л • tga, и из усилия
предварительной затяжки С0, равной приблизительно С0 ^0,25РХ:ха = Рх + А • tg a -f - С0.Осевая сила хь, действующая на заднюю бабку, изменяется в
процессе резания, так как сила Рх разгружает задний центр, ослаб¬ляя предварительную затяжку С0 и составляющую В • tga. Для
расчета можно принять ее максимально возможное значение:хь = В • tga-f-C0.Силы резания, действующие на суппорт, передаются на стани¬
ну и создают относительно ее оси изгибающие и крутящие момен¬
ты. В вертикальной плоскости станины приложен внешний момент
М = Рх-с, так как сила Рх параллельна оси станины. Максималь¬
ный скручивающий момент будет Мкр = Ру • с.В соответствии с действующими усилиями типичной компонов¬
кой токарных станков является расположение на длинной станине328
передней и задней бабок и суппорта, который перемещается по
направляющим (см. рис. 2). Хотя станина с бабками и образует
незамкнутую раму, но достаточно жесткая конструкция передней,
а также" задней бабки позволяет станку воспринимать достаточно
большие усилия при малой деформации корпусных деталей. Жест¬
кость суппорта зависит от конструкции и от расположения направ¬
ляющих по отношению к действующим усилиям резания.В легких настольных токарных станках станина и передняя
бабка нередко отливаются за одно целое, суппорт более прост и
предусматривает возможность ручного перемещения.В тяжелых станках (рис. 194, а) станина устанавливается не¬
посредственно на фундамент без применения тумб, как у станков
средних размеров.Широкие направляющие и жесткие суппорты приспособлены
для восприятея больших усилий резания. У суппорта часто преду¬
сматривается площадка для рабочего, который, перемещаясь вме-
те с суппортом, наблюдает за процессом обработки. Задняя бабка
и суппорт имеют специальный привод для установочных перемеще¬
ний.Применение многорезцовой обработки, автоматизация процес¬
са, обработка деталей определенной формы приводят к появлению
токарных станков специальной компоновки.На рис. 194, б показан токарно-копировальный полуавтомат
(модель 1722). Особенностью его компоновки является расположе¬
ние суппортов на верхней траверсе и с задней стороны.При такой конструкции, имеющей большую жесткость, хорошо
отводится стружка, так как станина образует большой проем в сред¬
ней части, а также удобно крепить копировальную линейку или
эталонную деталь.При обработке коротких деталей и автоматлзации процесса воз¬
можна компоновка станка, когда рабочее место расположено
с торца (рис. 194, в). В этом случае также хорошо обеспечиваются
отвод стружки, наблюдение за обработкой и жесткость станка.При обточке деталей с большим фланцем или коленом на кон¬
це диаметр обтачиваемого участка детали может быть небольшим,
а высота центров станка должна обеспечивать установку детали.
Для обработки таких деталей интересна конструкция токарного
станка с двойной станиной (рис. 194, г). На направляющих нижней
неподвижной станины помещена вторая станина с расположенны¬
ми на ней суппортом и задней бабкой. Устанавливая эту станину
в различных положениях, можно получить около шпинделя проем
требуемой ширины, необходимый для установки детали с большим
фланцем.Таким образом, цомимо основной «классической» компоновки
токарных станков имеется целый ряд модификаций, которые учи¬
тывают разнообразные требования обработки и в первую очередь
точности, производительности и удобства обслуживания.
330
новкй токарных станков:Полуавтомат для коротких изделий и токарный станок с двойной станиной■\331
3.	Зубофрезерные станкиЗубофрезерные станки характерны действием переменных уси¬
лий резания при одновременном требовании высокой точности об¬
работки. Обрабатываемые шестерни, как известно, проверяются
по нескольким параметрам (шагу, биению начальной окружности
и др.) и поэтому следует предъявлять более строгие требования
к деформации узлов станка.Процесс нарезания весьма длительный и поэтому применение
высоких режимов обработки является необходимым условием для
повышения производительности станка.Вместе с тем переменность сил резания во времени является
источником вибраций, которые могут возникнуть в станке, особен¬
но при скоростных методах зубофрезерования.Поэтому компоновка зубофрезерных станков должна иметь вы¬
сокую точность обработки при восприятии высоких усилий реза¬
ния, обеспечивая жесткость и виброустойчивость системы.При зубофрезеровании на узлы станка действует пространст¬
венная система сил, и сила резания может быть оценена величиной
ее составляющих Рг, Ру и Рх (рис. 195, а). Сила резания действует
одновременно на фрезерный суппорт -и переднюю стойку станка и
на стол станка и его опоры.При нарезании прямозубых колес составляющая Ру невелика
и можно рассматривать систему сил в одной плоскости. Для анали¬
за сил часто удобнее разлагать силу резания на радиальную (Рг)
и окружную (Р0) составляющие (рис. 195, б).О)Рис. 195. Силы резания, действующие при зу¬
бофрезеровании332
Характер сил зависит от метода зубофрезерования — встреч¬
ного или попутного. В последние годы наряду с обычным методом
зубофрезерования «встречным сверху» начинает все шире при¬
меняться попутное фрезерование. При этом улучшается чистота
обработки при одновременном повышении стойкости фрезы.В процессе зубофрезерования силы резания изменяются во
времени как по величине, так и по направлению. На рис. 195, в
показано изменение составляющей Pz в функции угла поворота
фрезы а. Характер изменения силы резания близок к синусоидаль¬
ному.Реакции и силы трения, возникающие в узлах станка, как про¬
изводные от сил резания также будут переменны во времени. Так,
сила трения в направляющих фрезерного суппорта имеет характер,
показанный на рис. 195, г. Таким образом, характер действующих
сил создает условия для возникновения колебаний в зубофрезер¬
ном станке в процессе обработки. В первом приближении всю коле¬
бательную систему зубофрезериого станка можно разделить на две
независимых части [50]: системы рамы (станина, передняя и задняя
стойки, траверса) и систему привода фрезы (приводные механизмы,
фрезерный суппорт).Компоновка зубофрезерного станка должна, во-первых, обеспе¬
чить жесткость системы рамы, не допуская прямолинейных колеба¬
ний инструмента и заготовки, во-вторых, система привода и кон¬
струкция фрезерного суппорта не должны допускать возникнове¬
ния крутильных колебаний инструмента и изделия.На практике применяются различные компоновки зубофрезер¬
ных станков: с вертикальной и горизонтальной осью изделия,
сдвоенные станки и др. Но и в пределах наиболее распространенной
компоновки станка, относящейся ко II группе типовых случаев
(см. рис. 186), применяются различные варианты, которые показа¬
ны на рис. 196.Компоновка в виде незамкнутой рамы (рис. 196, а) может обес¬
печить достаточную жесткость лишь при массивных передней и зад¬
ней стойках и сравнительно невысоких режимах обработки. Более
целесообразно применение рамной конструкции с верхней травер¬
сой (рис. 196, б, в). Для взаимной установки фрезы и заготовки
или для подачи при нарезании червячных колес перемещение со¬
общается столу с задней стойкой (рис. 196, б) или передней бабке
(рис. 196, в). Второй вариант лучше, так как значительный вес
передней бабки и более простая ее конфигурация обеспечивают
большую жесткость перемещающегося узла.Для возможности встройки зубофрезерного станка в автомати¬
ческую линию применяют вертикальную компоновку станины
(рис. 196, г) с жесткой контрподдержкой и выдвижной гидропи-
нолью. Станок имеет вертикальное перемещение стола с заготовкой
и горизонтальное перемещение зубофрезерного суппорта.333
Такая компоновка, примененная в станке модели 5312, обеспе¬
чивает удобство обслуживания, большую жесткость и виброустой¬
чивость станка.Имеются конструкции зубофрезерных станков, выполненные с
неподвижной траверсой и двумя стойками — неподвижной и под¬
вижной (рис. 196, д). Такую конструкцию нельзя признать целе¬
сообразной, так как усложнение станка не вносит существенныхулучшений в виброустойчивость системы. Как показали исследова¬
ния [50,] после достижения рамой станка определенной жесткости
дальнейшее повышение жесткости не оказывает существенного вли¬
яния на уменьшение интенсивности колебаний.Это объясняется тем, что большое значение при зубофрезеро-
вании имеют крутильные колебания узла изделия. Поэтому кон¬
струкция фрезерного суппорта с точки зрения виброустойчивости
имеет большое значение для работы всего станка.Медленное перемещение суппорта, на который действуют пе¬
ременные силы резания, создает условия для возникновения виб¬
раций, особенно при наличии зазоров в механизмах. Для их устра¬
нения в паре ходовой винт подачи суппорта — гайка часто при¬
меняют гидравлические устройства.Рис. 196. Различные компоновки зубофрезерных станков334
г На*рис. 197 показаны силы, действующие на суппортный узел,
где G — сила тяжести суппортного узла, Ртр— сила трения в на¬
правляющих, Рг — сила на поршне гидроцилиндра, Ps—усилие
подачи, Рг и Р0 — силы резания, Q — удельное давление, вызы¬
ваемое опрокидывающим моментом от сил, действующих на суп¬
портный узел; q — удельное давление, вызываемое горизонталь¬
ными составляющими сил.Рис. 197. Силы, действующие на узел суппорта зубофрезерного станкаНаправление силы Р0 и эпюры удельных давлений изображены
для случая встречного фрезерования. При попутном фрезеровании
сверху сила Р0 будет иметь обратное направление.Как показали исследования зубофрезерного станка [11], при
встречном сверху способе зубофрезерования каретка в основном
работает на отжим от направляющих. Это обстоятельство неблаго¬
приятно для широко распространенной конструкции зубофрезер¬
ных станков с вертикально перемещающимся суппортным узлом,
где каретка прикрепляется к направляющим с помощью планок.
Планки обладают меньшей жесткостью по сравнению с самой ка¬
реткой и поэтому в процессе фрезерования суппортный узел под335
действием силы резания будет иметь довольно большие деформа¬
ции. Так как сила резания имеет пульсирующий характер, то и
деформации суппортного узла в процессе фрезерования тоже будут
все время изменяться. Эти переменные деформации будут усили¬
вать интенсивность колебаний упругой системы станка, в частности
суппортного узла, внося добавочное изменение сечения стружки.При попутном фрезеровании система сил изменяется и каретка
суппорта прижимается к направляющим стойки, что способствует
повышению жесткости и более благоприятным условиям зубофре-
зерования.Интересен вывод, полученный на основании изучения усилий,
действующих в суппортном узле, о том, что для станков средних
размеров можно не применять гидроцилиндры для выбора зазоров
в винтовой паре [11]. Для повышения жесткости и виброустойчиво¬
сти суппортного узла необходимо уменьшать вылет суппорта,
удлинять каретку и повышать жесткость винтовой пары и каретки.Анализ усилий, действующих на основные звенья станка, по¬
зволяет выбрать правильный вариант компоновки и конструктив¬
ного оформления как станка в целом, так и отдельных его узлов.Глава 13ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОСВОЕНИЕ НОВЫХ СТАНКОВ§ 1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ И ПРОГРЕССИВНЫЕ МЕТОДЫ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАНКОВ1.	Исходные данные для проектирования станковОсновными исходными данными, необходимыми для проектиро¬
вания станка, являются:1.	Назначение станка, т, е. указание, для обработки
каких деталей и поверхностей предназначен данный станок. Долж¬
ны быть указаны габариты и вес обрабатываемых деталей, материа¬
лы, из которых они выполнены, размеры и характер обрабатывае¬
мых поверхностей, вид заготовки и величина припусков. Так как
станки имеют большую или меньшую степень универсальности и
в большинстве случаев трудно указать все детали, которые могут
быть обработаны на станке, то должны быть указаны наиболее ха¬
рактерные детали.2.	Метод обработки должен быть установлен на осно¬
ве анализа технологических процессов обработки данных поверхно¬
стей и деталей и выбора наиболее целесообразного варианта. Различ¬
ные варианты техпроцессов рассматриваются в курсе «Технология
машиностроения». На выбор метода обработки существенное влия¬336
ние оказывает вид производства (массовое, серийное, индивидуаль¬
ное).3.	Требуемая точность обработки и произ¬
водительность станка являются основными данными
для получения остальных технических характеристик станка и
установления режимов обработки.4.	Р е ж и м ы обработки, т. е. наибольшие и наименьшие
скорости резания и подачи, наибольшие усилия резания, возникаю¬
щие в процессе обработки, являются данными для кинематических
и силовых- расчетов узлов и деталей станка.2.	Основные этапы проектирования станковСоздание каждой новой модели станка является результатом
творческого труда большого коллектива людей — конструкторов,
технологов, ученых, мастеров, рабочих. Ниже кратко указаны ос¬
новные этапы проектирования станков, которые приняты в практи¬
ке станкостроения.Техническое задание. Основная цель технического задания
(техзадания) — обосновать целесообразность создания нового стан¬
ка и дать основные исходные данные для его проектирования.Современный парк металлорежущих станков имеет различные
типы и модели, и когда необходимо обработать какую-либо деталь
резанием, то за редким исключением этот технологический процесс
можно провести на имеющихся станках.Поэтому, если ставится вопрос о создании нового станка, то
этот станок должен иметь более высокие технические характери¬
стики по сравнению с существующими станками, обеспечивать яв¬
ные преимущества в случае его применения.Эти новые качества станка могут быть весьма разнообразны:
повышаются точность и производительность станка, уменьшаются
занимаемые им площади, упрощается конструкция станка, увеличи¬
вается его универсальность, повышается степень его автоматиза¬
ции, становится возможным применять более высокие режимы
обработки и т. д.Основная задача техзадания заключается в указании и обосно¬
вании тех новых качеств, которыми должны обладать проектируе¬
мые станки. Для этой цели при составлении технической характе¬
ристики проектируемого станка, как правило, дается сводная
таблица характеристик лучших станков данного типа. Анализ дан¬
ной таблицы позволит выявить преимущества технических дан¬
ных нового станка по сравнению с существующими.' В техническом задании указываются основные конструктивные
особенности будущего станка, разрабатывается ориентировочный
вариант его кинематической и электрической схем, устанавлива¬
ются технические характеристики, которым должен отвечать но¬337
вый станок. Приступая к разработке техзадания и к проектирова¬
нию нового станка, конструктор должен проделать большую пред¬
варительную работу по изучению работы аналогичного оборудова¬
ния. Интересны рекомендации чехословацкого предприятия «Свит»,
которые даются в специально разработанной памятке конструк¬
тору:1.	Изучите надлежащее производство и рассмотрите, можно ли
эту операцию совсем устранить или соединить с другой операцией.2.	Научитесь выполнять операцию собственными руками; это
позволит Вам глубже усвоить особенности технологической опера¬
ции.3.	Рассмотрите тип машины, который может заменить проек¬
тируемую. Рассмотрите каталоги образцов машин и предложите
лаборатории испытать прототипы машины.4.	Переговорите с сотрудниками и персоналом, обслуживающи¬
ми машины, с тем, чтобы они высказали свои соображения по
механизации и автоматизации данной операции. Изучите все мате¬
риалы о дефектах аналогичных машин.5.	Изучите сборники, в которых накоплены выборки (вырезки)
из журналов, все патенты и составьте обзор. Документы вклеивай¬
те в конструкторскую книгу. Также просмотрите журналы и осталь¬
ные книги по данной специальности.6.	Рассмотрите экономичность покупки другой, лучшей или
равноценной машины.7.	Посетите другие заводы.8.	Сделайте окончательные расчеты и обсудите их.Эскизный проект. При разработке эскизного проекта выбирает¬
ся наиболее целесообразный вариант компоновки станка и его уз¬
лов, производятся расчеты основных узлов, окончательно разраба¬
тывается кинематическая, электрическая и гидравлическая схемы
станка.Стадия эскизного проектирования необходима для того, чтобы,
не затрачивая времени и средств на окончательную доработку проек¬
та, выбрать оптимальный вариант конструкции. Поэтому допусти¬
мо и желательно прорабатывать несколько вариантов однотипных
узлов (суппортов, шпинделя и др.), а в ряде случаев и всей компонов¬
ки станка, чтобы можно было сравнить их габариты, простоту,
удобство расположения узлов, жесткость и прочность отдельных
звеньев и другие показатели. Только после выбора варианта надо
переходить к окончательной разработке проекта.Технический проект. При разработке технического проекта
станка прЪизводится окончательное оформление конструкции стан¬
ка. Разрабатываются сборочные чертежи всех узлов и спецификация
к ним с указанием оригинальных, покупных и нормальных дета¬
лей. Делается расчет всех узлов и деталей. Производится увязка
всех узлов и дополнительная проверка правильности их компонов¬
ки и сборки. Даются окончательные значения технических характе¬338
ристик станка. Разработка технического проекта ведется с соблю¬
дением всех требований ГОСТа и нормалей станкостроения. При
этом стремятся к наибольшему применению нормализованных де¬
талей и унифицированных и стандартных узловчПосле окончания технического проекта он обсуждается и ут¬
верждается в соответствующих инстанциях и после корректирова¬
ния на основании сделанных замечаний переходят к разработке
рабочего проекта станка.Рабочий проект. Рабочий проект включает разработку рабо¬
чих чертежей узлов и оригинальных деталей и технических усло¬
вий к ним.Эти чертежи содержат все данные для изготовления деталей и
сборки узлов станка. Они являются техническим документом
для разработки соответствующих технологических процессов и
контроля деталей.В станкостроении рабочие чертежи каждого станка разбивают
на следующие группы:1.	Станина, основание.2.	Привод изделия.3.	Привод инструмента.4.	Приспособления для установки изделия и различные принад¬
лежности.5.	Режущий инструмент; приспособления для его установки и
охлаждения.6.	Система смазки.7.	Разные узлы.8.	Силовые электро- и гидроагрегаты.9.	Устройства централизованного управления станком (Гидро-
управление, распределительный вал и др.).В каждую группу входят отдельные узлы (до 9 узлов) с соот¬
ветствующими номерами.Например, для токарных станков в группу № 3 — привод
инструмента входят узлы подач (№ 1) фартука (№ 2) и суппорта
(№ 3). В каждый узел входят детали с соответствующими поряд¬
ковыми номерами. Полный номер детали обозначается шестизнач¬
ной цифрой, например 623176, где первые две цифры обозначают
модель станка (последние цифры модели, например станка 1К62),
третья цифра — номер группы (№ 3 — привод инструмента), чет¬
вертая — номер узла (№ 1 — коробка подач) и последние две —
номер детали в пределах узла (№ 76). Рабочий проект станка
дополняется паспортом станка, описанием его кинематики и
конструкции узлов, инструкцией по наладке и эксплуатации
станка.Рабочий проект — последняя стадия проектирования, так как
в" нем включейы все необходимые данные для изготовления сборки
и наладки станка. Далее следуют этапы изготовления и доводки
нового станка.339
3.	Изготовление и освоение новых образцовПосле разработки проекта нового серийного образца станка
сначала изготовляют один-два опытных образца, чтобы проверить
и испытать их и внести соответствующие исправления в рабочий
проект.Уже в процессе изготовления деталей и особенно при сборке
станка могут выявиться отдельные конструктивные и технологиче¬
ские недостатки. Конструктора вносят соответствующие исправле¬
ния в рабочие чертежи деталей и узлов.После изготовления станка он проходит всесторонние испыта¬
ния в заводской лаборатории испытания станков (ЛИС), где про¬
веряется точность, жесткость, виброустойчивость, к. п. д., шум,
тепловыделения и другие параметры и характеристики станка.Затем станок испытывается в условиях, аналогичных произ¬
водственным при обработке типовых деталей и на повышенных ре¬
жимах работы.При этом снова вносятся коррективы и исправления в рабочий
проект, которые касаются изменения материалов, технических
условий или конструкции деталей и узлов.После исправления конструкции на основании проведенных
исследований работы новой модели станка и испытания исправлен¬
ного варианта станка приступают к выпуску серии. Однако твор¬
ческая работа конструкторов на этом не кончается, так как необ¬
ходимо вести постоянное наблюдение за работой выпущенных стан¬
ков в реальной производственной обстановке. Как бы ни были
всесторонни испытания станков в лаборатории, в условиях дли¬
тельной эксплуатации, как правило, выявляются новые обстоятель¬
ства, требующие дальнейшего совершенствования конструкции.Только на основе постоянной творческой связи конструкторов
и эксплуатационников станков создаются высококачественные се¬
рийные образцы, отвечающие требованиям современного произ¬
водства и удовлетворяющие разнообразным требованиям отраслей
промышл ен ности.Как видно из рассмотренных этапов проектирования и освое¬
ния новых станков, этот процесс является весьма длительным и
трудоемким. Чтобы ускорить и удешевить этот процесс и быстрее
внедрять в производство более совершенные модели станков, при¬
меняют прогрессивные методы проектирования.К ним в первую очередь относятся унификация моделей стан¬
ков и создание агрегатных станков из стандартных узлов и дета¬
лей.4.	Унификация моделей станковДля удешевления и ускорения выпуска станков (возможность
применения поточных методов производства) и упрощения их экс¬
плуатации стремятся максимально унифицировать станки, т. е.34€
создавать на одной базе ряд (гамму) станков различного техноло¬
гического назначения. За базовую модель берется^ серийный ста¬
нок средних размеров и затем изменением ряда узлов (30—40%)
или повышением качества их изготовления создают станки несколь¬
ко другого технологического назначения, повышенной точности,
автоматизированные станки и т. д.Рис. 198. Модификации токарных станков на базе станка мо¬
дели 1К62:
а — модель 1С62; б — модель 1К620Так, например, завод «Красный пролетарий» выпускает поточ¬
ным методом токарно-винторезный станок 1К62 (см. рис. 2), ко¬
торый является базой для следующей гаммы унифицированных
станков, (рис. 198):1К62А — универсальный станок — полуавтомат с копироваль¬
ным устройством;1К62Б — станок повышенной точности;1К620 — станок высшего класса с расширенным диапазоном
скоростей и бесступенчатым регулированием; .'1С62А — упрощецный продукционный станок;1С62 — автоматизированный станок с программным управле¬
нием для работы в центрах* пригодный для встраивания
в автоматические линии;1К62М — то же, что и 1С62, но для патронных работ;341
1К62Р — станок с револьверной головкой.У данных модификации полностью унифицированы с базовым
станком 1К62 все корпусные и крупные детали, а общее число уни¬
фицированных деталей составляет 65—80%. Поэтому при их произ¬
водстве только незначительная часть специфических деталей долж¬
на изготовляться мелкими сериями.Еще более широкая гамма станков будет построена, если стан¬
ки больших и меньших размеров имеют конструктивное сходство
с базовой моделью. Так, например, для гаммы резьбошлифоваль¬
ных станков, выпускаемых в СССР, базовой моделью является уни¬
версальный станок — модель 5822 (диаметр шлифования d =200
мм, длина шлифования / = 500 мм). На этой базе построены как
станки меньших размеров (например, модель 5821 d = 125 мм,I	= 300 мм), так и станки больших размеров (модель 5824Б d =
= 200 мм, / = 1400 мм для шлифования длинных винтов).Кроме того, на базе станков 5822, 5821 и др. выпускаются резь¬
бошлифовальные полуавтоматы, например модель 5822А, станки
для шлифования червяков, станки повышенной точности и т. д.
Всего в гамме предусмотрено 25 моделей станков.Таким образом схема построения гаммы станков следующая:Такое построение гаммы станков отвечает требованиям социа¬
листической промышленности и будет все шире развиваться, ох¬
ватывая различные тнпы станков.5.	Создание агрегатных станковАгрегатными станками называются специальные станки, соз¬
данные на базе стандартных узлов и агрегатов. Они появились
как результат поисков таких конструктивных решений, при кото¬342
рых сочетаются преимущества специального станка (простота,
высокая производительность, удобство обслуживания и др.) с воз¬
можностью сравнительно легко изменять его технологическое на¬
значение.Агрегатные станки наиболее часто применяются при сверлении,
растачивании, резьбонарезании, а также при фрезеровании и не¬
которых других методах обработки. На рис. 199 показана типич-Рис. 199. Компоновка агрегатных станков из стандартных узлови деталейная компоновка агрегатных станков, предназначенных для свер¬
лильно-расточных работ [30].Станок включает следующие основные узлы:1.	Станины 1, 2, основания 3, стойки 4, 5.Основания, вертикальные и горизонтальные станины являются
стандартными узлами. Некоторые типы стоек наклонных станин
выполняются как специальные узлы.2.	Силовые головки 6, которые осуществляют привод шпинде¬
лей и возвратно-поступательное перемещение всей головки (или
пиноли) по заданному циклу. Силовые головки являются стандарт¬
ными узлаии и при построении на гидравлической основе состоят из
ряда нормализованных узлов — гидропанели 7, гидроцилиндра 5,
насоса 9 и др,3.	Салазки 10, по которым перемещается силовая головка, стол343
11	для установки деталей, пульт управления 12 также яв^
ляются стандартными узлами.4.	Специальные узлы — шпиндельные коробки 13 для привода
шпинделей, кондукторные плиты и др. часто выполняются из стан¬
дартных деталей.я;«SBF—	жТУП^ГРис. 200. Схема построения различных . агрегатных станков (а), общий вид
силовой головки на механической основе (слева), одна из компоновок станкаДля возможности создания агрегатных станков, производящих
обработку деталей, различных по величине, стандартные узлы, бу¬
дучи одинаковыми по конструкции, выполняются нескольких типо¬
размеров.344
Из стандартных и небольшого числа специальных узлов можно
создавать самые разнообразные агрегатные станки. На рис. 199 по¬
казано два станка, собранных на базе этих узлов—вертикаль¬
ный с поворотным столом и двусторонний с горизонтальным и
наклонным расположением силовой головки.Схема построения различных агрегатных станков и общий вид
силовой головки и станка показаны на рис. 200.Одним из основных узлов агрегатного станка являются сило¬
вые головки, которые автоматически осуществляют необходимый
цикл перемещения инструмента.Наиболее простой цикл работы головки заключается в быстром
подводе инструмента к изделию, рабочей подаче и отходе назад.
В ряде случаев этот цикл усложняется, например за счет выдерж¬
ки рабочих подач, промежуточных остановок головки и др.Силовые головки выполняются на механической, гидравличе¬
ской, электромеханической и пневмогидравлической основах.Конструкции силовых головок на механической, гидравлической
и пневмогидравлической основах показаны на рис. 189.Расширение области применения станков агрегатного типа яв¬
ляется одной из важных задач современного станкостроения, на¬
правленной на ускорение и удешевление процессов проектирова¬
ния и освоения новых станков.§ 2. РАЗВИТИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ СТАНКОВ
НА ПРИМЕРЕ БАЗОВЫХ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ ЗАВОДА
«КРАСНЫЙ ПРОЛЕТАРИЙ»1.	Токарные станки, выпускавшиеся заводом до 1956 г.Анализ производимых изменений конструкций различных мо¬
делей станков данного типа позволит определить основные тенден¬
ции их развития, выявить наиболее эффективные методы получе¬
ния высоких технических характеристик, наметить основные пути
дальнейшего совершенствования выпускаемых моделей.Станкостроительный завод «Красный пролетарий» им. Ефремо¬
ва является основным заводом Советского Союза, выпускающим
токарные станки. Поэтому на примере базовых станков этого заво¬
да видны пути развития современных токарных станков (см. рис. 2).В тридцатых годах завод выпускал токарно-винторезный ста¬
нок модели ТН-20. Шпиндель этого станка делал до 320 об/мин,
мощность станка была 3 кет. Привод станка осуществлялся от контр¬
привода ременной передачей. Число скоростей —9.Вся конструкция этой модели не могла отвечать требованиям
повышения точности и производительности, так как нельзя было
повысить число ^оборотов шпинделя и мощность, увеличить число
скоростей без коренной перестройки станка. Поэтому эТот станок
не стали модернизировать.345
346
347
В то же время у завода не было квалифицированных конструк¬
торских кадров для проектирования оригинальной модели станка.
В этих условиях самым правильным решением, было обратиться
к лучшим моделям зарубежного станкостроения.Так возникла новая гамма станков — «ДИП». Если на ТН-20
обработка велась углеродистыми резцами, то на станках «ДИП»
можно было применить резцы из стали быстродействующей.
У модели ДЙП-200 /?мах = 600 об/мин; N = 3,7 и 5,8 кет,
после модернизации (ДИП-20М) число скоростей шпинделя z =18.Шпиндель станка вращается в регулируемых бронзовых конус¬
ных подшипниках (рис. 201, б). Шпиндель имеет большую точность
и жесткость. Коробка скоростей выполнена в виде закрытого ре¬
дуктора. Это позволяет улучшить смазку, что увеличивает долго¬
вечность передач.Совершенно иную конструкцию имеет фартук. Если у ТН-20
в фартуке стояли 2 червяка с левой и правой нарезкой для ревер¬
са, то здесь стоит один червяк, а реверс осуществляется за счет
включения паразитной шестерни. Для предохранения от перегруз¬
ки и для работы по упорам червяк сделан падающим. При этом
крутящий момент, при котором отключается червяк, можно ре¬
гулировать пружиной. Для предохранения от включения одно¬
временно на резьбонарезание и на ходовой валик предусмотрена
специальная блокировка. Конструкция фартука станка ДИП-200
настолько удачна, что в дальнейших моделях она изменялась не¬
значительно.Вращение на шпиндель станка передается от индивидуального
двигателя, причем приводной *шкив крепится на дополнительной
опоре, что является достоинством привода.В конце Отечественной войны перед заводом встала задача
перевода производства станков на поток. Это требовало коренной
переделки станка с точки зрения технологичности его деталей и
узлов. Кроме того, было сделано ряд конструктивных изменений,
в результате которых появилась модернизированная модель 1Д62М
(ДИП20М —см. рис. 2 и табл. 1).У станка 1Д62М станина с Я-образными ребрами жесткости (у
модели ДИП ребра диагональные) облегчается отвод стружки.Ряд изменений произведено и в передней бабке. Улучшена кон¬
струкция переднего и заднего подшипников шпинделя. На заднем
конце шпинделя установлены упорный и радиально-упорный под¬
шипники, которые собираются и регулируются отдельно. Перед¬
ний подшипник скольжения сопрягается с конусной шейкой шпин¬
деля, задний конец которого удлинен и допускает установку пнев¬
матического цилиндра.Упрощена регулировка фрикционной муфты реверса и обеспе¬
чена более надежная ее работа. Если раньше в муфте были стальные
и бронзовые диски, то в станке 1Д62М поставлены только стальные
диски.348
Переключение чисел оборотов шпинделя на станке 1Д62М осу¬
ществляется не тремя, как у ДИП-200, а двумя рукоятками: одна
делает круговое движение, а вторая фиксируется в трех положе¬
ниях. В этой модели была введена принудительная смазка перед¬
него подшипника и фрикциона от отдельного плунжерного насоса,
вмонтированного в коробку скоростей.Насос приводится в движение от эксцентрика, сидящего на одном
из валов коробки скоростей.Изменена была конструкция гайки поперечного суппорта. Для
большей жесткости диаметр пиноли задней бабки увеличен на 15 мм.С появлением твердых сплавов станок 1Д62М перестал удов¬
летворять требованиям производства, поэтому была создана новая
модель токарно-винторезного станка — 1А62. Мощность главного
привода увеличилась до 7 кет, наибольшее число оборотов шпин¬
деля до 1200 об/мин. За счет небольших изменений кинематики
удалось увеличить число скоростей станка до 21. Плоскоременная
передача от мотора к коробке скоростей заменена клиноременной.
Число оборотов шпинделя устанавливается тремя рукоятками (см.
рис. 175). В новой модели усилена фрикционная муфта реверса.В связи с резким увеличением числа оборотов нельзя было уста¬
вить подшипник скольжения на передней шейке шпинделя. Поэто¬
му шпиндель был установлен в специальном регулируемом двух¬
рядном роликовом подшипнике (рис. 201, г).\ Направление подачи суппорта при нарезании резьб изменяется
с помощью механизма реверса, а не перестановкой шестерен гита¬
ры, как в станке 1Д62. Внесены были изменения в коробку подач,
которая в данной модели допускает прямое включение ходового
винта для нарезания точных резьб.Для предохранения от загрязнения механизмов коробки по¬
дач и улучшения их смазки паз рукоятки управления ступенчатым
конусом коробки подач был закрыт.Для отсчета продольных перемещений каретки на фартуке стан¬
ка установлен лимб продольной подачи.В связи с увеличением числа оборотов и усилий в станке был
применен вращающийся центр задней бабки.Улучшилась также конструкция резцедержателя. Для большей
жесткости была увеличена опорная поверхность передней бабки,
для чего расширены правая часть станины под передней бабкой
и передняя ножка.На задней ножке станка установлен насос для подачи охлажда¬
ющей жидкости из резервуара, расположенного внутри ножки.2.	Токарно-винторезный станок модели 1К62Результатом дальнейшей разработки токарно-винторезного стан;
ка являлась последняя базовая модель—1К62, выпуск которой
начался в 1956 г. (см. рис. 2).349
В этой модели дальнейшему улучшению подверглись кинемати¬
ка и многие узлы и механизмы. Мощность двигателя доведена до
10 кет, число оборотов шпинделя до 2000 об/мин.Двигатель помещен в передней ножке станины, благодаря чему
уменьшились его габариты.Изменилась конструкция задней опоры шпинделя. Вместо упор¬
ного и роликового радиально-упорного подшипников, как было
у модели 1А62, поставлены два одинаковых шариковых радиально¬
упорных подшипника, что обеспечило более плавную работу шпин¬
деля (см. рис. 45).Дальнейшее развитие получила система управления. На стан¬
ке 1К62 число оборотов шпинделя устанавливается всего двумя
рукоятками.Коробка подач, кроме нормального ряда шагов резьб, обеспе¬
чивает получение увеличенных шагов, что необходимо для нареза¬
ния многозаходных резьб.Значительные изменения произошли в конструкции коробки
подач (см. рис. 73). Основная цель этих изменений — облегчить ус¬
тановку подачи. Это удалось осуществить с помощью системы зуб¬
чатых колес и кулачков. Подачами управляют две рукоятки, при¬
чем одна из них — круговой барабан с таблицей, по которой ука¬
зателем быстро устанавливается требуемая подача или шаг резьбы.Для сокращения времени холостых ходов в заднюю ножку ста¬
нины встроен мотор быстрых ходов, который приводит в движение
каретку и суппорт через муфту обгона, расположенную в коробке
подач.Большим преимуществом станка, значительно - упростившим
его обслуживание, является введение единой мнемонической руко¬
ятки, управляющей перемещением каретки и суппорта станка. Эта
рукоятка системой рычагов связывает все муфты фартука. Направ¬
ление перемещения рукоятки совпадает с направлением движения
резца. Быстрые перемещения на холостом ходу осуществляются
нажатием кнопки, встроенной в рукоятку.Для прорезания канавок на нижней части суппорта поставлена
задняя резцедержавка (см. рис. 113).При сверлении при помощи задней бабки можно пользоваться
ее механической подачей от каретки. Для этого следует лишь сое¬
динить специальным замком каретку и заднюю бабку.Для того чтобы дать возможность рабочему самому следить
за рациональным использованием мощности электродвигателя и
электроэнергии, на шкафу станка предусмотрен амперметр загруз¬
ки. Этот амперметр имеет шкалу, разделенную на три части, когда
стрелка амперметра стоит на зеленом секторе — электродвигатель
нагружен на 85—100% мощности, на белом — имезт место его не¬
догрузка и на красном — перегрузка электродвигателя.Электроэнергия экономится также установкой на станке 1К62
реле времени — ограничителя холостого хода. Это реле включает¬350
ся при установке фрикционной муфты коробки скоростей в среднее
нейтральное положение и через 18—20 сек после торможения шпин¬
деля выключает двигатель.В станке 1К62 много новых механизмов, но вес станка остался
тот же, что и 1А62, за счет облегчения станины. Ей по расчету
была придана наивыгоднейшая форма.Большое внимание было уделено красоте станка — его пропор¬
циям, хорошей окраске и отделке.Модель 1К62 явилась базовой для создания целой гаммы то¬
карных станков (см. рис. 198), как об этом было сказано выше.Новая модель характерна тем, что здесь созданы условия вы¬
сокопроизводительной обработки как за счет возможности ско¬
ростного резания твердосплавным инструментом, так и за счет
сокращения времени вспомогательных (холостых) ходов.Станок обеспечивает высокую точность обработки и ее сохра¬
нение в течение длительного периода эксплуатации.Эти тенденции сохранятся и для последующих моделей стан¬
ков.3.	Направления конструктивного развития
токарных станковТребования для дальнейшего повышения основных характери¬
стик станка — точности, производительности, к. п. д., жесткости
и др. должны быть обеспечены новыми конструктивными решения¬
ми и дальнейшим улучшением существующих узлов и деталей.Развитие инструментальных материалов и внедрение новых
технологических процессов также влияет на развитие конструкции
станка.Для токарных станков будет продолжаться рост верхнего числа
оборотов шпинделя и мощности привода. Большее распростране¬
ние и. конструктивное улучшение должны получить копироваль¬
ные приспособления в частности гидрокопировальный суппорт.
В связи с этим допустимо внедрение гидроустройств и для других
узлов станка — механизма зажима, люнета, пиноли задней бабки.Создание более совершенных зажимных устройств и облегче¬
ние работы станочника является одним из направлений развития
дальнейших моделей станка.Удобство обслуживания, малая утомляемость рабочего и безо¬
пасность работы на станке будет по-прежнему являться объектом
конструкторских разработок. С точки зрения легкости управле¬
ния станком большие преимущества дают электромагнитные муф¬
ты. Их широкое введение в обычные токарно-винторезные станки
позволит перевести станок на кнопочное управление с одного
пульта.Бесступенчатое регулирование скоростей, а в будущем и подач,
особенно на базе электронно-ионных преобразователей, даст уни¬
версальным станкам новые качества.
Возможны также конструктивные разработки по замене механи¬
ческих связей между шпинделем и суппортом — электрическими
с элементами программного управления. Это позволит исключить
сменную коробку подач для нарезания резьбы и производить эту
операцию с требуемой степенью точности.Беспрерывно по мере выпуска станков, не дожидаясь появления
новой модели, идет борьба за повышение экономических показате¬
лей.При изготовлении станка на его удешевление большое влияние
оказывают технологические процессы обработки и применяемые
материалы.Завод «Красный пролетарий» впервые в мире осуществил поточ¬
ное изготовление станков. Это потребовало большой технологиче¬
ской проработки всех узлов и деталей.Стремление к полной взаимозаменяемости узлов и исключение
подгонок тесно связано с технологичностью самой конструкции
станка.Для экономии материалов и облегчения веса станка большое
значение имеет широкое применение пластмасс. Уже сейчас в стан¬
ке 1К62 заводчане применяют многие детали из пластмасс—рукоят¬
ки, маховички, шкивы, крышки и другие детали [92].Задача ближайшего будущего —■ применение пластмасс для
ответственных, в том числе корпусных, деталей.Для совершенствования моделей станка большое значение имеет
изучение опыта их эксплуатации, анализ неполадок и характера
выхода из строя отдельных узлов и деталей.Постоянные конструктивные поиски, опирающиеся на послед¬
ние достижения в области конструирования и расчета машин и на
прогресс технологии машиностроения, позволят создавать модели
станков, отвечающие современным требованиям производства.§ 3. ПРИМЕР РАЗРАБОТКИ НОВЫХ МОДЕЛЕЙ СТАНКОВ ИЗ ОПЫТА
ОТЕЧЕСТВЕННОГО СТАНКОСТРОЕНИЯ1.	Новые модели горизонтальнорасточных станков
завода им. СвердловаРассмотрим обоснование и основные принципы, положенные
в основу разработанных на станкозаводе им. Свердлова горизонталь¬
норасточных станков моделей 2620 и 2622 (руководители проек¬
та — главный конструктор завода М. Е. Эльясбарг, начальник
бюро расточных станков П. Г. Когель, ведущий конструкторА. И.
Кирьянов). Эти станки получили в настоящее время высокую оцен¬
ку потребителей и являются' основной моделью горизонталЬнора-
сточных станков средних размеров.Универсальные горизонтальнорасточные станки моделей 2620
(рис. 202) и 2622 предназначены в основном для обработки корпус-352
nnnt riuboo * 'О	кСЧ	кСО	ясм	5S	соS	I.5 -Он«Q-ОЖ►О■=:нSОно»sXVOосчоCSJо *О 4,
СХцг/0£353
ных деталей, имеющих точные отверстия, связанные точными рас¬
стояниями, как, например, различные корпуса зубчатых редукто¬
ров, коробок скоростей, картеров, блоков и др.Наибольший вес обрабатываемых деталей — 2000 кг при га¬
баритах, допускающих их установку на поворотном столе станка.Материал обрабатываемых деталей — черные металлы, цвет¬
ные и легкие сплавы.На станках может производиться сверление, растачивание, об¬
тачивание, зенкерование, развертывание, а также фрезерование
торцовыми фрезами и нарезание резьбы расточным шпинделем и
радиальным суппортом планшайбы.Станок модели 2620 имеет планшайбу с радиальным суппортом
и выдвижной шпиндель диаметром 90 мм. Станок отличается боль¬
шой универсальностью, имеет преимущества при работах, требую¬
щих применения радиального суппорта, как, например, для об¬
точки прилегающих к отверстиям торцовых поверхностей больших
размеров и консольной расточки отверстий больших диаметров.Станок модели 2622 имеет усиленный выдвижной шпиндель
диаметром 110 мм и не имеет планшайбы. Поэтому станок отлича¬
ется повышенной жесткостью и виброустойчивостью шпиндельной
системы и обладает преимуществами при работах, не требующих
применения радиального суппорта.Эти модели станков разработаны взамен базовой модели 262Г
со шпинделем диаметром 85 мм и планшайбой и ее модификации—
модели 262Д с усиленным шпинделем диаметром 110лш без план¬
шайбы.Станок модели 262Г, освоенный в 1946 г., и станок модели 262Д,
освоенный в 1948 г., модернизированные за период эксплуатации,
были хорошо известны машиностроительной промышленности,
как экономичные в производстве и эксплуатации производитель¬
ные точные станки, обладающие удобной системой управления.Однако в связи с интенсификацией металлообработки, а также
в свете новейшего опыта завода по производству и эксплуатации
расточных станков, станки моделей 262Г и 262Д перестали удов¬
летворять в полной мере современным требованиям.Необходимо было дальнейшее повышение технических харак¬
теристик станка в направлении:1)	повышения скоростей шпинделя;2)	увеличения жесткости стола;3)	улучшения зажимных устройств бабки и стола;4)	улучшения отсчетных устройств;5)	осуществления возможности дистанционного включения и
выключения подачи;6)	создания автоматических устройств для осуществления
точного останова по координатам и заданного цикла.Основные параметры станков моделей 262Г и 262Д также под¬
лежали изменению в связи с выходом в 1954 г. ГОСТ 7058-54.354
Все это поставило завод перед необходимостью создавать но¬
вые модели расточных станков с повышенными техническими ха¬
рактеристиками, что и было воплощено в моделях 2620 и 2622 и
их модификациях (модели 2620А; 2622А, 262Пр).2.	Анализ направлений
в развитии лучших моделей станков
данного типа и размераПри обосновании и выборе основных технических и конструк¬
тивных параметров проектируемых моделей был проведен анализ
главнейших конструктивных особенностей отечественных и загра¬
ничных горизонтальнорасточных станков аналогичного типа и
размера.Технический уровень горизонтальнорасточных станков, вы¬
пускаемых многими фирмами, весьма различен.Современные тенденции в развитии горизонтально-расточных
станков данного типоразмера характеризуются следующим:1.	Увеличение верхнего предела чисел оборо¬
тов расточного шпинделя с расширением общего
диапазона скоростей. Большинство станков данного разме¬
ра иностранных фирм имеет верхний предел чисел до 1000 об/мин.В целях обеспечения возможности ведения скоростной обработ¬
ки черных металлов, цветных и легких сплавов в подавляющем
диапазоне диаметров в новых станках завода им. Свердлова моде¬
лей 2620 и 2622 по сравнению со станками моделей 262Г и 262Д пре¬
дусмотрено увеличение наибольшего числа оборотов шпинделя с
1000 до 1600 об/мин для модели 2622 и до 2000 об/мин для
модели 2620.2.	Увеличение эффективной выходной мощнос¬
ти главного привода. Наряду с увеличением верхнего пре¬
дела скорости шпинделя наблюдается тенденция увеличения выход¬
ной мощности на шпинделе без существенного увеличения мощности
электродвигателя главного привода, за счет повышения к. п. д.В станках завода им. Свердлова моделей 2620 и 2622 принята
мощность главного двигателя 10 кет при высоком к. п. д. привода,
что дает увеличение мощности в 1,4 раза по сравнению с мощностью
станков моделей 262Г и 262Д.3.	Увеличение жесткости и виброустойчивости.
В связи с увеличением скорости и эффективной мощности и интен¬
сификации металлообработки имеет место увеличение жесткости
и виброустойчивости горизонтальнорасточных станков.Эта тенденция особенно характерна для станков европейских
фирм, ввиду малой жесткости станков, ранее выпускавшихся эти¬
ми фирмами.Увеличение жесткости и виброустойчивости достигается глав¬
ным образом в результате улучшения конструкции шпиндельных355
систем, за счет увеличения жесткости корпусных деталей и, в ча¬
стности, передних стоек (введение внутренних связей) и увеличения
жесткости узла «стол».В станках завода им. Свердлова моделей 2620 и 2622 на основе
опыта исследований, проведенных в лаборатории завода, преду¬
смотрено дальнейшее увеличение жесткости и виброустойчивости
по сравнению со станками иностранных фирм.4.	Улучшение отсчетных устройств при уста¬
новке по координатам. В целях увеличения точности отсчета
при установке по координатам, улучшения условий наблюдения и
снижения утомляемости зрения, а также для сокращения вспомога¬
тельного времени в некоторых горизонтальнорасточных станках
иностранных фирм применяются оптический нониус и оптические
устройства.В станках моделей 2620 и 2622 применены конструкции со
встроенными оптическими отсчетными устройствами.5.	Улучшение систем управления станками. В
связи с увеличением скоростей шпинделя и эффективной мощности
расточных станков, сокращающих время обработки, большое значе¬
ние приобретают вопросы уменьшения вспомогательного времени.Для устранения диспропорции между вспомогательным време¬
нем и временем обработки осуществляется улучшение систем управ¬
ления расточными станками путем: уменьшения количества орга¬
нов управления, централизации зажимных устройств, переключе¬
ния скоростей однорукояточными механизмами, автоматизации
привода.3.	Основные технические характеристики
и конструктивные особенности станков
моделей 2620 и 2622В новых моделях горизонтальнорасточных станков завода
им. Свердлова воплощены передовые тенденции развития станков
данной группы. В результате станки имеют высокие технические
характеристики, отвечающие современным требованиям производ¬
ства. Основные технические параметры станков приведены в табл. 17.Рассмотрим конструктивные особенности станков моделей 2620
и 2622, которые обеспечили необходимые качественные и количест¬
венные показатели этих станков.а)	Станина станка имеет замкнутое коробчатое сече¬
ние со стенками, усиленными системой продольных и поперечных
ребер, благодаря чему достигается ее высокая жесткость. Станок
весит 12000 кг и имеет тяжелую подвижную часть весом до 4000 кг
(стол 2000 кг и обрабатываемое изделие до 2000 кг). Поэтому станок
устанавливается на индивидуальный фундамент и скрепляется с
ним, благодаря чему увеличивается жесткость станины.б)	Приводные м е х а н и з м ы станка расположены в
основном в шпиндельной бабке, столе и станине (см. кинематиче-Э56
Сменные шестРис. 203, Кинематическая схема горизонта
норасточного станка модели 2620
Таблица 17Техническая характеристика станков1. Основные параметрыГОСТ 7058-542. Исполнение по ГОСТТип А
I 11
2620 26223. Модель4. Диаметр выдвижного Шпинделя в мм90 1105. Конус для крепления инструмента в шпинделеМорзе Морзепо ГОСТ 2847-45№ 5 № 66. Размеры рабочей поверхности поворотногоШирина 900 900стола в ммДлина 1120 11207. Наибольшее вертикальное перемещение шпин¬1000 1000дельной бабки в мм8. Наибольшее поперечное перемещение сто¬1000 1000ла в мм9. Наибольшее продольное перемещение выдвиж¬710 710ного шпинделя в мм10. Наибольшее продольное перемещение сто¬1200 1200ла в мм11. Наибольшее перемещение радиального суп¬170 нетпорта в мм12. Скорость вращения выдвижного шпинделя12,5 — 2000 12,5 — 1600в об/мин13. Скорость вращения планшайбы в об/мин8 — 200 нет14. Пределы подач в мм/мин(указатель показывает подачи в мм на оборот):1,4 -1110 1,4 — 1110'а) шпиндельной бабки, столаб) шпинделя2,2 — 1760 2,2—1760в) радиального суппорта0,88 — 700 нет15. Быстрые установочные перемещения в мм/мин:2200 2200а) шпиндельной бабки, столаб) шпинделя3480 3480в) радиального суппорта1390 нет16. Нарезание ( метрическая (шаг в мм)1 — 10резьбы \ дюймовая (число ниток на К)4—2017. Наибольший допустимый вес изделия в кг200018. Наибольший крутящий момент на шпинделев /сГ.•см30 80019. Наибольший крутящий момент на планшайбев кГ• см46 70020. Наибольшее допустимое усилие подачи в кГ1500 150021. Мощность главного двигателя в кет1022. Габариты: длина X ширина X высота в мм5470 X 2985 X 301223. Общий вес станка (без принадлежностей) в кг12 000 11 800скую схему на рис. 203) и осуществляют следующие движения:
привод шпинделя и планшайбы, подъем и опускание шпиндельной
бабки и люнета, привод продольных и поперечных перемещений
стола и его поворот, осевую подачу шпинделя, подачу радиального
суппорта планшайбы и перемещение задней стойки.в)	Привод главного движения расположен в
шпиндельной бабке и получает движение от двухскоростного элект-357
родвигателя мощностью 10 кет. Кинематика и конструкция короб¬
ки скоростей и шпиндельного узла станка модели 2620 были рас¬
смотрены выше (см. рис. 53 и рис. 99).Увеличение виброустойчивости шпиндельной группы (рис. 99)
у данных станков достигнуто за счет следующих мероприятий:1)	введения для шпинделя трех опор, на прецизионных подшип¬
никах качения;2)	применения в качестве передней опоры цилиндророликового
2-рядового подшипника с коническим отверстием;3)	увеличение жесткости планшайбы и шпинделя планшайбы;4)	изменение конструкции хвостовой части, аналогично стан¬
ку того же завода модели 2630. Как показал опыт эксплуатации
станков модели 2630 с новой хвостовой частью, виброустойчивость
шпиндельной группы резко возрастает.г)	Привод рабочих подач и установочных
перемещений подвижных узлов производится от фланцево¬
го электродвигателя, работающего в системе привода постоянного
тока с широким диапазоном регулирования (Д=1600). Благодаря
этому обеспечивается легкость управления и получения требуемых
подач без механических переключений.От электродвигателя движение передается зубчатой паре г =
= 16 и z = 77 с предохранителем от перегрузки (см. рис. 184).Далее движение, при включении соответствующих рукояток,
передается по следующим направлениям (рис. 203):1)	на ходовые винты вертикального перемещения шпиндельной
Оабки и люнета (шестерни z = 16—77—42—40—15—80 — ходовой
винт шпиндельной бабки и г = 16—77—42—40—80—15—22—44—
— 17—34 — ходовой винт люнета);2)	на ходовой винт поперечного перемещения стола (шестерни
z = 16—77—(45—36—45)—22—34—37—16—36 — поперечный хо¬
довой винт стола);3)	на ходовой винт продольного перемещения стола (шестерни
z = 16—77—26—65—16—43 — продольный ходовой винт);4)	на ходовой винт осевого перемещения расточного шпинделя.
Это движение берется от вертикального вала, который получает
движение либо от электродвигателя подач (шестерни z = 16—77—
—45—36), либо от коробки скоростей, через сменные шестерни гита¬
ры при нарезании резьбы и необходимости точного соблюдения
передаточного отношения между вращением шпинделя и его пере¬
мещением. От вертикального вала движение передается черезчервячную пару i— — и шестерни z = 35—37—21—48—40—35-
ходо вой винт;5)	на подачу радиального суппорта планшайбы. От червячной
пары i = ^ вертикального вала движение передается через ше¬
стерни г = 64—50—16—32—16—23—35—100—23—17—17 — рееч¬358
ная пара суппорта. Планетарный механизм в цепи привода радиаль¬
ного суппорта обеспечивает независимость величины подачи на
оборот планшайбы от числа ее оборотов в минуту.д)	Отсчетные механизмы станков обеспечивают уста¬
новку требуемых координат либо при помощи оптических устройств
(модели 2620 и 2622), либо при помощи механизмов точного электро-
останова (модели 2620А и 2622А).Опыт применения проекционных оптических отсчетных устройств
в станках моделей 262Г, 262Д, 2631 показал их преимущества
и выявил отдельные конструктивные недостатки оптики, в частно¬
сти касающиеся недостаточной надежности стыковки стеклянных
линеек, что вело к необходимости частой их юстировки.В станках моделей 2620 и 2622 применены сплошные металли¬
ческие линейки и оптическая система с экраном (описание системы
отсчета см. гл. 10, § 1, рис. 160).В станках моделей 2620А и 2622А механизм точного электро-
останова и нониус позволяют производить повторную установку
координат по упорам с точностью 0,05 лш, что в значительном ряде
случаев исключает необходимость применения кондукторов при
обработке партии повторяющихся изделий (см. рис. 169).е)	Система управления оказывает большое влияние
на эксплуатационные показатели станка.В рассматриваемых расточных станках особое внимание обра¬
щено на усовершенствование системы управления с целью умень¬
шения утомляемости расточников и сокращения вспомогательного
времени. Основные особенности системы управления этих станков
следующие:1)	управление движениями станка осуществляется с централь¬
ного пульта на шпиндельной бабке и дистанционно со вспомога¬
тельного пульта (см. рис. 202);2)	рабочие подачи и установочные перемещения бабки, стола,
шпинделя и радиального суппорта производятся от электродвига¬
теля постоянного тока с широким диапазоном скорости. Величина
подачи может изменяться в процессе резания. Управление медлен¬
ными и быстрыми перемещениями производится посредством элект¬
рического вариатора и кнопок;3)	переключение скоростей производится при помощи механиз¬
ма с автоматическим импульсным устройством, защищающим тор¬
цы зубьев от износа (см. рис. 178 и описание);4)	станки моделей 2620А и 2622А имеют устройства точного ав¬
томатического электроостанова для установки по координатам с
контролем при помощи встроенных индикаторов (см. рис. 169);5)	быстрый установочный поворот стола осуществляется от
специального электродвигателя (см. кинематическую схему рис. 203);6)	зажимы подвижных органов в станках — централизованные,
эксцентриковые, на иглах с затяжными термообработанными клинь¬
ями, перемещающимися по роликам (см. рис. 166).359
Рис. 204. Общий вид горизонтальнорасточного станка с про¬
граммным управлением модели 262ПрДля регулировки усилия зажима он снабжен упругим элемен¬
том большей жесткости;7)	конструкция привода позволяет отключать вращение план¬
шайбы во всем диапазоне скоростей расточного шпинделя (см. рис.
53);8)	конструкция привода подач допускает осуществление задан¬
ного автоматического цикла продольного движения стола.Система управления этими станками учитывает возможность их
встройки в автоматические линии.Дальнейшее развитие систем управления приводит к созданию
станков с программным управлением, обеспечивающим автомати¬
ческую установку стола и шпиндельной бабки по заданной про¬
грамме.Конструкторами станкозавода им. Свердлова создан станок с
программным управлением модели 262Пр (рис. 204) на базе станка
2622.Станок может работать как в универсальном режиме, так и в
режиме программного управления.На Всемирной выставке в Брюсселе 1958 г. данная модель
станка получила «Большой приз».Отсчет координат, как и в моделях 2620 и 2622, осуществляется
при помощи оптической системы. Однако в данном случае проекция
штриха точной линейки попадает не только на экран визуального
наблюдения, но и на фотодатчик, с помощью которого при работе
по программе производится точная остановка стола или шпин¬
дельной бабки по заданной координате.Программа записывается на стандартную перфокарту, которая
закладывается в специальное прочитывающее устройство (рис. 205).360
Это устройство представляет собой барабан 1 с закрепленной
на нем перфокартой 2. Пальцы 3 ощупывают одну колонку перфо¬
карты. При наличии в ней отверстия происходит замыкание соот¬
ветствующего контакта, а при отсутствии отверстия — данная
цепь разомкнута.Отверстия соответствуют отсчету целых и сотых долей мм и
включению определенных команд. Привод барабана осуществляет-4	12Рис. 205. Прочитывающее устройство расточного станка с программнымуправлениемся от специального двигателя с встроенным редуктором и обеспечи¬
вает поворот перфокарты на один шаг после выполнения предыду¬
щей программы.Для фиксации барабана имеется катушка 4 и фиксатор 5.В системе программного управления предусмотрена обратная
связь, при которой фотодатчики обеспечивают точную установку
подвижного узла станка.12 Заказ 162361
Таблица 18ОтечественнаяИностранныеоценка поТехническаямодельсравнению
с иностран¬фирма, модельхарактеристикаными2622«Гиддингс» «Сел-
и «Льюис» лерс*
340 RT 4"«Диф-
айнс»
25 АОсновные размеры в мм .шпиндель на уров-
уси- не
ленный
0110а)	главный
0100б)	дополи.
0490100 095Скорость главного движе¬
ния в об/мин	12,5 — выше— 1600 уровня 7,5—450
б) дополна) главн. 7,5—1500 12—1000
“,5—450
) дополн.25—1500Мощность главного привода
в кет:а)электродвигателя	а) 10б)	эффективная на
шпинделе	б) 8,5Вес станка в т	11,8б) выше
уровняна уров¬
неа)	11б)	6,514а)	Иб)	8,512,6а)	7,4б)	4,511,4Вес в т на кет:а)	мощности электро¬
двигателя	а) 1,18б)	эффективной мощнос¬
ти на шпинделе	б) 1,39Производительностьпо сравнению с иностран- выше уровня
ной модельюб) выше
уровняа)	1,27б)	2,16а)	1,15б)	1,48а)	1,54б)	2,5Отдельные элементы кон¬
струкции, делающие ма¬
шину более прогрессивной
или отсталой по сравне¬
нию с иностранными об¬
разцамивыше уровня1.	Система управления и автомати¬
зация. Оптика2.	Скоростная шпиндельная система3.	Жесткость и виброустойчивостьТаким образом, развитие систем управления, повышение жестко¬
сти и виброустойчивости, улучшение эксплуатационных характери¬
стик, повышение надежности работы, улучшение всех основных362
технических параметров характерно для новых моделей станков
завода им. Свердлова.В результате выпущенные станки по своим показателям пре¬
восходят станки многих передовых иностранных фирм. Например,
по сравнению с однотипными расточными станками, выпускаемыми
в Соединенных Штатах, модель 2622 имеет более высокие показате¬
ли, что видно из табл. 18.Создание высокопроизводительных, точных и экономичных
станков, успешно конкурирующих с лучшими образцами инофирм,
характерно для современного отечественного станкостроения.§ 4. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧНОСТИ ПРОЕКТИРУЕМЫХ СТАНКОВ1.	Себестоимость продукции — основной показатель
экономичности процессаПовышение экономичности технологических процессов — одна
из основных задач социалистического машиностроения.При создании новых моделей станков и эксплуатации сущест¬
вующих необходимо оценить экономический эффект от применения
данного оборудования.Основным показателем экономичности данного технологического
процесса обработки является себестоимость выпускаемой продук¬
ции. *Себестоимость продукции складывается из затрат на основные
материалы, заработную плату, электроэнергию, вспомогательные
материалы (для технологических целей), ремонт оборудования и
амортизационные отчисления (отчисления, погашающие стоимость
станка и зданий). Эти составляющие себестоимости непосредствен¬
но связаны с основными техническими характеристиками станка
и их улучшение приводит к снижению себестоимости продукции.Повышение производительности станка за
счет изменения техпроцесса, повышения мощности и быстроходно¬
сти станка, его автоматизации и т. д. является одним из основных
методов уменьшения'себестоимости продукции. Повышение произ¬
водительности, как правило, достигается за счет технических но¬
вовведений, при которых возрастание составляющих себестоимо¬
сти значительно меньше, чем рост выпуска продукции, и поэтому
ее себестоимость уменьшается.Технологический процесс определяет затраты
нд основные материалы (вид заготовки, объем металла, уходящего
в стружку), затраты на инструмент, на зарплату рабочего (квали¬
фикация рабочего и др.).Упрощение конструкции станка, уменьшение
его веса и габаритов уменьшает стоимость его проектирования и
изготовления, сокращает занимаемые площади, упрощает ремонт
и обслуживание станка. Условный удельный вес станка — одна из12*363
важных технико-экономических характеристик. Он оценивается
отношением веса станка G (кг) к мощности электродвигателя глав¬
ного движения N (кет). Этот показатель для современных станков
имеет тенденцию к снижению. Например, для токарных станков
завода «Красный пролетарий» этот показатель приведен в табл.
19.Таблица 19Модель станкаМощность ЭЛ. дв.
привода, кет, NВес (кг), GGN1Д62 (ДИП-200)3,716704501А627,0237034016201335002701К62102401240Основными методами снижения веса станков являются примене¬
ние штампованных и сварных конструкций, точного литья, новых
материалов (в том числе пластмасс), совершенствование конструк¬
тивных форм и применение более точных методов расчета деталей.Повышение точности станка может упростить
технологический процесс обработки, а также повлиять на затраты
на зарплату, так как более высокая точность будет достигаться не
за счет высокой квалификации рабочего и его виртуозности, а
получаться автоматически за счет конструкции станка.Повышение долговечности станка уменьшает
затраты времени и средств на ремонт оборудования, на его межре¬
монтное обслуживание и на профилактические мероприятия, необ¬
ходимые для поддержания станков в работоспособном состоянии.Повышение к. п. д. станка сокращает непроизво¬
дительные затраты мощности и, следовательно, уменьшает расход
электроэнергии.Компоновка станка, особенно с точки зрения зани-
маемых площадей, влияет на значение амортизационных отчисле¬
ний с производственных площадей. Во многих случаях применение
вертикальных конструкций, сдвоенных станков, удачное взаимное
расположение отдельных узлов значительно сокращает занимаемые
станком площади.Таким образом, улучшение всех технических характеристик
станка способствует уменьшению себестоимости выпускаемой про¬
дукции, т. е. повышению экономичности станка.Большое значение с точки зрения экономики имеет сокращение
времени освоения и выпуска новых станков.Если процесс проектирования, изготовления и освоения новых
станков будет длительным, то за этот период они могут устареть,364
а в некоторых случаях (для специальных станков) вообще потерять
значение. Кроме того, если новый станок вступил в строй через
большой промежуток времени после его проектирования, то, сле¬
довательно, в нем уже не будут учтены последние достижения
станкостроения и его уровень будет мало опережать средний уро¬
вень станков данной отрасли — поэтому уменьшается экономиче¬
ская эффективность от выпуска такого нового станка.Для сокращения времени выпуска станков применяют не только
высокую организацию труда на всех стадиях проектирования и
освоения станков, но и технические принципы — создания станков
из агрегатных узлов, унификация узлов и деталей станков, приме¬
нение нормальных (стандартных) узлов и деталей (см. гл. 13, § 1).2.	Оценка экономической эффективности создания
новых станковОчень важной задачей является определение экономической
целесообразности внедрения нового станка (спроектированного
или предлагаемого) или модернизации существующего.Основные вопросы, которые следует при этом решить, заклю¬
чаются в следующем: оправдаются ли и в течение какого времени
капиталовложения на новый или модернизируемый станок? Ка¬
кие из предлагаемых вариантов являются наиболее экономически
эффективными?Основным критерием экономической эффективности новой тех¬
ники является повышение производительности общественного тру¬
да, а ее конечная цель — экономия затрат труда (живого и ове¬
ществленного), что находит свое отражение в снижении себестоимо¬
сти продукции. Если при сравнении вариантов станков один из
них обеспечивает более низкую себестоимость при меньших капи¬
таловложениях, то выбор его, как лучшего, при прочих равных
условиях не вызывает сомнений. Но может быть так, что один из
вариантов обеспечивает более низкую себестоимость, но требует
больших капиталовложений. Тогда производится сравнение ва¬
риантов и по размерам капиталовложений и по величине годовой
экономии на себестоимости, для чего определяется срок окупаемо¬
сти (Т) по формулеТ = Кх -К,С.-С! ’где /Ci и /С2 — капиталовложения по сравниваемым вариантам
(два проекта или проект и действующее производст¬
во);Сх и С2 — себестоимость годовой продукции по тем же ва¬
риантам.Стоимость оборудования определяется по сметным калькуля¬
циям с учетом серийности его выпуска.365
Правильное определение стоимости, ранее не изготовлявшегося
оборудования, имеет большое значение, так как завышение его
стоимости может привести к выводу о неэффективности нового тех¬
процесса, в котором предполагается применение этого оборудова¬
ния. Оценка старого оборудования для его сопоставления с новым
должна производиться с максимальным приближением к его со¬
временной восстановительной стоимости. Старое оборудование мо¬
жет полностью использоваться (модернизация), использоваться
в другом месте или подлежать ликвидации.Дополнительные капитальные вложения в новую технику—это
разность (Ki— К2) между капитальными вложениями по проекту
новой техники и полной восстановительной стоимостью действую¬
щей техники.Экономическая эффективность технического мероприятия опре¬
деляется сопоставлением расчетного срока окупаемости (Т)с макси¬
мально допустимым (нормативным).Для нового оборудования этот срок обычно составляет не более
5—7 лет. При модернизации до 2-х лет эти сроки определяются из
условий замены одних станков на другие более совершенные, так
как экономический эффект внедрения новой техники реализуется
только в тот период, в течение которого ее показатели выше средних
показателей производства данной отрасли.3. Пример расчета экономической эффективности
внедрения нового станкаРассмотрим расчет экономической эффективности на примере
гидрофицированного накатного станка для вагонных осей взамен
их обработки на универсальных токарных станках *.По действующей технологии оси подвергаются обточке и накат¬
ке для повышения их усталостной прочности.Обработка осей производится на токарных станках типа 1Д63,
причем для накатки используются пружинные трехроликовые
головки. Применение гидрофицированного накатного станка поз¬
воляет обойтись без предварительной обточки поверхности оси,
так как обеспечивается большая глубина уплотнения поверхности
оси.Новый технологический процесс влияет на изменение следую¬
щих видов затрат из расчета выпуска 70000 осей в год.*Пример взят из методического пособия «Определение экономической эф¬
фективности внедрения новой техники», 1958 р., составленного в соответствии
с рекомендациями Всесоюзной научно-технической конференции по пробле¬
мам определения экономической эффективности капитальных вложений и
новой техники в народном хозяйстве СССР (1958 г.).366
А.	Изменение текущих затрата) Расход основных материаловПо действующей технологии каждая ось перед накаткой про¬
ходит механическую обработку, во время которой со средней части
оси снимается верхний слой толщиной 5.мм и весом 10,8 кг. Стои¬
мость металла, снимаемого с осей в год, определяется следующим
расчетом.Количество металла, снимаемого с 1 оси, кг ... . 10,8.Количество металла, снимаемого в год, т .... 756.Цена 1 т металла руб		 60.Стоимость металла в год, тыс. руб. ........ 45,4.Стоимость 1 т отходов, руб	 7.Стоимость отходов в год, тыс. руб. 		 5,3.Затраты на снимаемый металл в год, тыс. руб. . . 40,1.По проектируемой технологии размеры осей будут уменьшены
на величину снимаемого ранее слоя металла.б)	Затраты на заработную платуПо действующей технологии механическая обработка осей за¬
ключается в токарной обработке средней части оси, накатке сред¬
ней части оси, шеек и подступичных частей.Экономия производственной заработной платы определяется
следующим расчетом.НаименованиеНорма времени
на ось, часРасценка на одну
ось, руб.Сумма зарплаты на
годовой выпуск,
тыс. руб.Экономиядейств.процесспро¬ектдейств.процесспро¬ектдейств.процссспроекттыс. руб.Токарная об¬
работка0,70,28419,8819,88Накатка сред¬
ней части0,1830,1830,0840,0845,885,88Накатка шеек
и подступич¬
ных частей0,40,150,1830,06912,814,837,98Всего. .| 38,571 Ю,7127,86Экономия производственной заработной платы в год составляет
27,86 тыс. руб.Дополнительная зарплата и начисления на соцстрах в цехе со¬
ставляют 13%.Сумма экономии по дополнительной зарплате и начислениям
составляет 27,86 X 0,13 = 3,62 тыс. руб.367
Общая сумма экономии заработной платы и начислений в год
составляет 27,86 + 3,62 = 31,48 тыс. руб.в)	Затраты на электроэнергиюИзменение затрат на электроэнергию определяется следующим
расчетом:Един.Дейсти.Проектизм.процессКоличество станковшт.205Установленная мощность (общая)кет200225Годовой фонд времени работы станков 4500 час; коэффициент
использования моторов по времени 0,7 и коэффициент использова¬
ния моторов по мощности 0,7. Стоимость 1 квт*ч 0,0086 руб.Расход электроэнергии составляет:
по действующему процессу —200 квт-ч х 4500 час X 0,7 х 0,7 = 441,0 тыс. кет-ч\
по проектируемому процессу —225 квт*ч X 4500 час х 0,7 X 0,7 = 496,1 тыс. квт-ч.Изменение расхода электроэнергии в год составляет: 496,1 тыс.
квт*ч — 441,0 тыс. квт*ч = 55,1 тыс. квт*чСтоимость дополнительного расхода электроэнергии равна:
55,1 тыс. квт-чх0,0086 руб. = 0,47 тыс. руб.г)	Затраты на материалы для технологических целейВнедрение гидрофицированных накатных станков потребовало
дополнительного количества масла для гидросистем. Изменение
затрат на масло определяется по приводимому ниже расчету.Един.измер.Действ.процессПроектКоличество масла, потребное на 1 станок . . .кг15205Количество станков	шт.115Количество масла, потребное для одной заливки
всех станков 	кг1651025Количество смен масла в год	»64Количество масла, потребное в год	»9604100Стоимость годового расхода масла по действующему процессу,
принимая стоимость 1 кг масла 0,072 руб., будет:990 кг X 0,072 руб. = 0,07 тыс. руб.;
по проектируемому процессу —4100 кг х 0,072 руб. = 0,3 тыс. руб.368
Стоимость дополнительного расхода масла:0,3 тыс. руб. — 0,07 тыс. руб. = 0,23 тыс. руб.д)	Затраты на ремонт оборудованияИзменение затрат на ремонт оборудования определяется следую¬
щим расчетом:Един.иэмер.Действ.процессПроектКоличество станков	•	• .Общее количество ремонтных единиц оборудова¬шт.205ния 	Стоимость годового ремонта одной ремонтнойШТ.34065единицы . . .		руб.54/854,8Затраты на ремонт общего количества ремонтных единиц в год:
по действующему процессу —340 ед. X 54,8 руб. = 18,63 тыс. руб.;
по проектируемому процессу —65 ед. X 54,8 руб. = 3,56 тыс, руб.Сумма экономии затрат на ремонт в год составляет:18,63 тыс. руб. — 3,56 тыс. руб. = 15,07 тыс. руб.е)	Амортизационные отчисленияИзменение размеров амортизационных отчислений определяет¬
ся следующим расчетом.Един.измерен.Действ.процессПроектОборудование
Количество станков:токарныхшт.11—накатных>95Стоимость станков1токарныхтыс. руб.18,48—накатных» »18,060ИТОГО:тыс. руб.36,4860Амортизационные отчисления в год (8,7%)
Площадьтыс. руб.3,175,22Размеры площадиЛ£2350100Стоимость площадитыс. руб.31,59Амортизационные отчисления в год (2,6%)» »0,820,23Всего амортизационных отчислений в год |1 тыс. руб. |3,995,45369
Увеличение амортизационных отчислений в год составляет:
5,45 тыс. руб. — 3,99 тыс. руб. = 1,46 тыс. руб.Б. Изменение капитальных (единовременных) затратИзменение капитальных затрат определяется следующим расче¬
том.Стоимость тыс. руб.Виды вложений в основные средствадействующийпроцесспроектОборудование36,4860Производственная площадь31,59Всего вложений ' || 67,98 |69Сумма дополнительных капитальных затрат равна: 69 тыс. руб.—
-67,98 тыс. руб. = 1,02 тыс. руб.Высвобождаемое оборудование и производственная площадь
используются для производства других изделий (за исключением
накатных станков, которые идут в лом). Убытки от ликвидации
накатных станков составляют 9 тыс. руб. Сумма затрат, подлежа¬
щих окупаемости, составляет: 1,02 тыс. руб. + 9 тыс. руб. =
= 10,02 тыс. руб.В.	Сводный расчет экономической эффективностиОбщая сумма экономии текущих затрат от изменения техноло¬
гического процесса будет:Виды затратПо действ,
процессу,
тыс. руб.По проекту,
тыс. руб.Результат
+увеличение
-—уменьшениеОсновные материалы		 . .40,10_—40,1Зарплата производственных рабочих43,5812,1и начисления на соцстрах ....—31,48Электроэнергия 	3,794,26+ 0,47Материалы на технологические цели .0,070,3+ 0,23Ремонт оборудования 	18,633,66-15,07Амортизация 	3,995,45+ 1,46Всего экономии	-84,49370
Общая сумма дополнительных капитальных затрат
= 10,02 тыс. руб.Срок окупаемости дополнительных капитальных затрат будет
г 10,02 тыс. руб. п 1г>Т = 	—— = 0,12 года.84,49 тыс. руб.Малый срок окупаемости говорит о безусловной экономической
целесообразности внедрения для обработки вагонных осей гидро-
фицированных накатных станков.
Часть VI
Эксплуатация и ремонт станковИспользование в производственных условиях возможностей
станков и сохранение их технических характеристике течение дли¬
тельного времени связано с рациональными методами эксплуатации
и ремонта станков.Правильная установка станка, уход и обслуживание в период
эксплуатации, прогрессивные методы ремонта являются необходи¬
мыми условиями высокопроизводительного и экономичного исполь¬
зования станков.Конструктору необходимо знать рациональные методы эксплуа¬
тации и ремонта станков, так как это позволит правильно конструи¬
ровать и рассчитывать как отдельные детали станка, так и компоно¬
вать станок в целом. Только учет условий эксплуатации и ремонта
“позволит создать конструкцию станка, безопасную для работы и
удобную для обслуживания рабочим — оператором и наладчиком,
конструкцию, в которой быстроизнашивающиеся элементы легко
заменили, где сроки службы отдельных деталей в наибольшей
степени соответствуют рациональной системе ремонта, где система
смазки, защитные устройства, способы регулировки механизмов
обеспечивают долговечную и надежную работу оборудования.
Конструктору необходимо также знать методы испытания станков
и контроля за работой их ответственных элементов при эксплуата¬
ции, так как это является проверкой качества спроектированной
модели станка, проверкой, насколько воплотились в реальной
конструкции все замыслы и творческие поиски конструкторов.
Поэтому вопросы эксплуатации, ремонта и конструирования стан¬
ков тесно связаны между собой.Глава 14
ЭКСПЛУАТАЦИЯ СТАНКОВ
§ 1. ПОДГОТОВКА СТАНКОВ К ЭКСПЛУАТАЦИИ1.	Проверка работы станка и его механизмовПригодность металлорежущего станка к выполнению заданных
технологических операций определяется прежде всего исправным
состоянием всех его механизмов.372
Приемку или проверку технического состояния металлорежущих
станков начинают с внешнего осмотра станка и проверки его ос¬
новных паспортных данных. Далее проверяют легкость перемеще¬
ния от руки всех подвижных узлов и рукояток, величину мертвых
ходов маховичков, рукояток и винтов, исправность ограждений,
наличие всех таблиц и надписей, необходимых для обслужива¬
ния станка.Усилия на маховичках не должны превышать допустимых значе¬
ний.Для рукояток, переключаемых очень часто, например рукояток
коробки скоростей и подач, усилия не должны превышать 2кГ.Усилия на маховичках, штурвалах и других органах переме¬
щения суппортов, бабок, пинолей у станков среднего размера не
должны превышать 6 кГ, у малых и прецизионных станков при ис¬
пользовании органов управления для точных установочных пере¬
мещений — не свыше 1 кГ.Проверку величины усилий на маховичках штурвалов, рукоят¬
ках и т. д. можно производить при помощи пружинных динамометров.Переключение скользящих зубчатых колес должно производить¬
ся свободно, без заедания и задержек. Механизм переключения
должен обеспечивать точную фиксацию скользящих колес. Боковое
смещение (несовпадение) сцепляющихся колес не должно превы¬
шать 10% от их ширины.Во всех механизмах зазоры должны быть минимальными.Подвижные узлы (суппорты, каретки, столы) должны плавно
перемещаться по направляющим без заедания и рывков. Усилия
перемещения должны быть постоянными по всей длине хода.При испытаниях станков необходимо проверить соответствие
ряда элементов паспортным данным.В первую очередь необходимо проверить число оборотов и по¬
дачи.Фактические значения чисел оборотов и подач не должны от¬
личаться от указанных в паспорте более чем на 10 (<р — 1)%, где
ср — знаменатель геометрической прогрессии.После проверки правильности функционирования всех механиз¬
мов станка производят проверку их работы на холостом ходу: по¬
следовательно включаются все скорости и подачи от наименьших
значений до наибольших, проверяется работа механизмов быстрых
перемещений и холостых ходов.При длительной работе станка температура подшипников,
фрикционных муфт и тормозов, электродвигателей и других меха¬
низмов не должна превосходить установленных величин. Одновре¬
менно проверяется правильность работы системы смазки станка.Проверяется также плавность перемещений рабочих органов,
отсутствие вибраций, отсутствие повышенного шума. Для механиз¬
мов с автоматическими переключениями должна соблюдаться уста¬
новленная последовательность их срабатывания.
После работы на холостом ходу станок проверяется в работе
под нагрузкой. Выбираются наиболее тяжелые условия обработки,
когда полностью используется мощность электродвигателя привода
и имеют место кратковременные его перегрузки до 25%. Станок
испытывается при черновом и чистовом режимах обработки для
типичных обрабатываемых деталей и материалов. В большинстве
случаев для заготовок используют сталь 45 и чугун.При работе станка под нагрузкой снова проверяется работа
всех его механизмов, а также точность обработки и чистота обра¬
ботанной поверхности. При этом ГОСТом предусматриваются раз¬
меры обрабатываемой детали, метод обработки, допускаемые по¬
грешности обработки и метод проверки точности.Например при проверке работы токарного станка протачивает¬
ся цилиндрический валик диаметром не менее V4 высоты центров,
длиной до 300 мм и микрометром измеряется его конусность и
овальность. Кроме того, обтачивается торцовая поверхность заго¬
товки диаметром не менее высоты центров и при помощи линейки,
щупа и мерных плиток проверяется ее плоскостность.При проверке зуборезных станков при чистовом режиме наре¬
зается чугунное прямозубое колесо заданного размера, у которого
проверяется равномерность окружного шага, биение основной
окружности, параллельность зубьев и точность эвольвентного про¬
филя. Для этой цели используют специальные приборы и меритель¬
ные инструменты. Чистота поверхности проверяется при помощи
приборов (двойной микроскоп, профилограф) или сравнением с
эталонами.Для гарантии получения станком требуемых точности и чистоты
поверхности производится его испытание на точность и жесткость.2.	Испытание станков на точность и жесткостьПри испытании станка на точность, во-первых, проверяется
точность работы отдельных механизмов или точность изготовления
элементов станка безотносительно к другим его узлам и элементам.
Сюда относится точность вращения (биение) шпинделей, прямоли¬
нейность или плоскостность направляющих или поверхностей сто¬
лов, прямолинейность перемещения суппорта или стола, точность
ходового винта станка и др. Во-вторых, проверяется правильность
взаимного положения и движения узлов и элементов станка. К
этим проверкам относится параллельность или перпендикуляр¬
ность основных направляющих или поверхностей столов и осей
шпинделей, например параллельность оси шпинделя токарного
станка и направляющих суппорта, или перпендикулярность оси
шпинделя координатнорасточного станка плоскости его стола.
Сюда же относятся соосность или параллельность шпинделей, на¬
пример параллельность шпинделя изделия и шлифовального шпин¬374
деля во внутришлифовальных станках или соосность шпинделя
токарного станка и пиноли задней бабки.В станках должна быть выдержана также точность взаимного
перемещения узлов, например параллельность перемещения пино¬ли задней бабки станка направлению движения суппорта. Про¬
верка точности станков проводится по нормам ГОСТа для соответ¬
ствующих типов станков.375
При испытании станков на точность применяются универсаль¬
ные измерительные приборы и инструменты: индикаторы и мини¬
метры со стойками, уровни, щупы, поверочные линейки и уголь¬
ники, оптические приборы. Кроме того, применяются контрольные
справки с конусным хвостом для установки в шпиндель, повероч¬
ные мостики для перемещения их по направляющим, эталонные
ходовые винты и другие приспособления.На рис. 206 показаны типовые проверки и методы испытания
на точность основных узлов и элементов станка. Шпиндели стан¬
ков проверяются на осевое и радиальное биение (рис. 206, а) при
помощи обычных или микронных индикаторов. Проверяется как
радиальное биение центрирующей шейки шпинделя (индикатор I),
так и биение оси конического отверстия шпинделя. В последнем
случае индикатор (II) касается своим мерительным штифтом конт¬
рольной оправки, плотно вставленной в отверстие шпинделя. Про¬
верка производится у конца шпинделя и на расстоянии /, устанав¬
ливаемого стандартом (для средних станков / = 200—300 мм).
При проверке осевого биения шпинделя в его отверстие вставляется
короткая оправка с плоским шлифованным торцом или центровым
гнездом под шарик, и индикатор устанавливается по центру шпин¬
деля (III). При измерении шпиндель нагружается осевым усилием
и приводится во вращение.Обычно проверяется также перпендикулярность торцовой по¬
верхности буртика шпинделя к оси его вращения (индикатор IV).
Порядок допускаемых отклонений обычно 0,01—0,005 мм.Соосность двух шпинделей проверяется путем вращения инди¬
катора вокруг оси шпинделя так, что мерительный штифт индика¬
тора описывает окружность на поверхности оправки, вставленной
в отверстие второго шпинделя.Перемещение стрелки индикатора указывает величину, вдвое
большую действительного эксцентрицитета проверяемых осей (рис.
206, б).Для проверки плоскостности рабочих столов и плит средних
размеров можно применить поверочную линейку /, под концы ко¬
торой подкладываются мерные плитки 2 и 3 одинакового размера
(рис. 206, в). Отклонение поверхности стола от плоскости про¬
веряется измерением расстояния от поверхности стола до нижней
плоскости линейки с помощью щупа, мерных плиток или штих-
масса.Для проверки всей плоскости стола, плиты и т. п. линейку нуж¬
но укладывать на этой плоскости в нескольких положениях.Плоскостность столов и плит, а также прямрлинейность направ¬
ляющих можно проверить также с помощью уровня, установлен¬
ного на мостике.Проверка прямолинейности направляющих станка в продоль¬
ном направлении начинается с середины станины (рис. 206, г), где
воздушный пузырек уровня должен располагаться как можно3Z6
ближе к своему нулевому положению. От этой точки направляющей
уровень перестанавливают к каждому концу станины через интер¬
валы 300—500 мм.Погрешность определяется половиной алгебраической разности
крайних показаний уровня. Обычно отклонение допускается толь¬
ко в сторону выпуклости (запас на износ направляющих) и допуск
дается в мм на 1000 мм длины.Проверка параллельности двух осей, двух плоскостей или оси
и плоскости относится к числу наиболее частых контрольных
операций при испытании станков на точность.Если шпиндель занимает различные положения 1 и 2 по отно¬
шению к направляющим (рис. 206, д),то его нужно повернуть так,
чтобы индикатор показывал среднее положение оси оправки меж¬
ду направлениями 1 и 2, т. е. нулевое положение.Это среднее положение должно соответствовать плоскости, в ко¬
торой производится проверка точности направления перемещений,
после чего можно производить дальнейшие проверки, как, напри¬
мер, параллельности оси шпинделя направляющим станины или
рабочей плоскости стола.При проверке мерительный штифт индикатора касается кон¬
трольной оправки, а индикатор, установленный на столе станка,
перемещает вдоль оправки. Стрелка индикатора может отклонять¬
ся в заданных ГОСТами пределах.Измерение перпендикулярности оси шпинделя направляющим
стола производится поворотом индикатора вокруг проверяемой
оси (рис. 206, е). Проверку перпендикулярности направляющих,
например к поверхности стола станка, можно производить при
помощи индикатора и угольника. Угольник устанавливается на
стол (рис. 206, ж), а на стойке, перемещающейся по вертикальным
направляющим, закрепляется индикатор, мерительный штифт ко¬
торого скользит по угольнику. Для средних горизонтальнорасточ¬
ных станков отклонение направляющих шпиндельной бабки не
должно превышать 0,02—0,03 мм на длине 1 ж. Для проверки точ¬
ности шага ходового винта и передаточной цепи от шпинделя к хо¬
довому винту, например, токарного станка применяют следующий
метод (рис. 206, з). Между центрами передней и задней бабок за¬
жимается эталонный винт / с плотно навернутой точной гайкой 2.
Гайка закрепляется так, чтобы при вращении винта рна могла' лишь
перемещаться вдоль него, но не вращаться на нем. Индикатор 3
укрепляется на каретке так, чтобы его мерительный штифт упи¬
рался в торец гайки. Ходовому винту сообщается вращение от
шпинделя с передачей, равной отношению шага эталонного винта
к шагу ходового винта. Алгебраическая разность показаний инди¬
катора в любых двух точках по длине эталонного винта определяет
накопленную погрешность ходового винта и передаточной цепи на
этой длине.Геометрическая точность является необходимым, но не достаточ¬377
ным условием для обеспечения требуемой точности обработки. Как
было указано выше (см. гл. 2), большое значение имеют деформа¬
ции узлов станка под нагрузкой. Для определения этих величин
производится испытание станков на жесткость.Рис. 207. Динамометр ЭНИМС — а; типовые кривые жест¬
кости — бВ настоящее время в СССР впервые в мире стандартом преду¬
смотрены нормы жесткости для универсальных станков. ГОСТ пре¬
дусматривает метод нагружения, величину максимальной нагруз¬
ки и допустимые деформации узлов. Нормы регламентируют сум¬
марную деформацию узлов (например, шпинделя и суппорта) в
направлении, определяющем точность обработки.На рис. 207, а приведена конструкция динамометра для испыта¬
ния на жесткость токарных станков. Прибор сконструирован так,
что направление создаваемого усилия и измеряемой деформации не
совпадают. Усилие создается в направлении суммарной силы реза¬
ния при помощи нагрузочного винта 1 и тарированной пружины 2
(собственно динамометра) мембранного типа.Взаимное перемещение суппорта и шпинделя 5 измеряется в ра¬
диальном направлении по оси резца, т. е. в направлении, опреде¬378
ляющем точность обработки. Индикатор 3 служит для опреде¬
ления усилий, а индикатор 4 — деформаций.Прибор закрепляется в резцедержавке суппорта.При нагружении узла вид кривых жесткости позволяет дать
определенную характеристику узла.Типовые кривые показаны на рис. 207, б. Лучшая характери¬
стика у кривой У, приближающейся к линейной зависимости. Кри¬
вая 2 имеет излом, который свидетельствует о наличии зазоров
в неподвижных сопряжениях, которые были выбраны лишь после
преодоления силы трения от затяжки сопряженных деталей болта¬
ми, винтами или каким-либо другим способом.Ломанный характер кривой 3 указывает на чрезмерную затяж¬
ку подвижного узла, который при постепенном нагружении дви¬
жется скачками.Кривая 4 говорит о плохом закреплении какой-либо детали
узла. Вначале узел выдерживал нагрузку, а затем, когда были
преодолены силы сцепления деталей, началось значительное пере¬
мещение в стыках. Кривая 5 указывает на наличие зазоров в сты¬
ке, которые по мере нагружения устраняются и узел получает
хорошие показатели жесткости.Жесткость станка в сильной степени определяет и его вибро-
устойчивость. Однако испытание станков на виброустойчивость
производится в настоящее время лишь в лабораторных условиях.
Так как отсутствуют нормативы на величины амплитуд и частот
при вибрации узлов, то испытания носят сравнительный характер
и позволяют найти средства и способы для повышения виброустой¬
чивости станка.3.	Фундаменты станковПри установке станка в цехе применяют два основных метода.
Легкие и средние станки нормальной точности устанавливают на
общее бетонное полотно цеха. Положение станка тщательно выве¬
ряется при помощи уровня и клиньев, после чего основание станка
заливается цементом. Для надежного скрепления с бетонным полот¬
ном цеха могут применяться фундаментные болты (рис. 208). Пре¬
имущество такого метода установки станков заключается в возмож¬
ности сравнительно легко перестанавливать оборудование ц, цехе
и в малых затратах на установку станка.Однако точные и тяжелые станки, а также станки, работающие
с большими динамическими нагрузками, устанавливаются на ин¬
дивидуальные фундаменты.Индивидуальный фундамент должен обеспечить изоляцию дан¬
ного станка от других станков в отношении передачи вибрации
через грунт, способствовать повышению жесткости станины и
виброустойчивости станка, обеспечить правильное положение стан¬
ка при эксплуатации.379
На рис. 209 показан фундамент под тяжелый расточной ста¬
нок. Внизу расположено два слоя бута, а фундамент, выполненный
из бетона, армирован стальными
балками или рельсами. Между
фундаментом и полотном цеха
имеется зазор. После установки
и выверки станка его станина
скрепляется с фундаментом фунда¬
ментными болтами.*)Рис. 208. Фундаментные болты:а н б—закладывается в кладку фундамента наглухо; в и я—съемные
с планкой I и резиновым кольцом 2Высота бетонных фундаментов Н (м) выбирается обычно в за¬
висимости от его длины L (м) по формулеh = kV Т.	(1)380
Коэффициент К принимается равным:К = 0,2 — для станков токарной группы и горизонтальнопротяж¬
ных станков,К — 0,3 — для продольнострогальных, продольнофрезерных и рас¬
точных станков,/С = 0,4 — для шлифовальных станков,/С = 0,6 — для зуборезных, карусельных и других станков с вер¬
тикальной компоновкой.Фундаменты тяжелых станков закладываются ниже глубины
промерзания грунта.Различная глубина заложения фундаментов, расположенных ря¬
дом, допускается лишь при условии, что угол между соседними ос¬
нованиями фундаментов не превышает угла естественного откоса
грунта. Для точных станков применяется их установка на специаль¬
ные фундаментные плиты. В ряде случаев станки устанавливаются
на металлических балках (швеллерах, угольниках, утопленных
в бетоне фундамента).4.	Расчет фундаментова)	Расчет по удельным давлениям на грунтПлощадь основания фундамента F выбирается из условия, что¬
бы удельные давления на грунт oz не превосходили допускаемых
значений.Нагрузка на фундамент G складывается из веса станка, обра¬
батываемой детали и самого фундамента. При эксцентричном при¬
ложении силы веса эпюра удельных давлений на грунт будет пред¬
ставлять собой трапецию и наибольшее значение будет опре¬
деляться по формулам, аналогичным полученным для направляю¬
щих (см. гл. 7, § 2):amax = “jT ^	>	(2)где ха — эксцентрицитет приложения суммарной силы веса;L — длина фундамента.Следует стремиться к минимальным значениям эксцентрицитета*«•Допускаемые значения удельных давлении на грунт выбирают¬
ся в зависимости от типа грунта.В первом приближении все грунты разбиваются на четыре ка¬
тегории — слабые (I), средние (II) и прочные (III) грунты и скаль¬
ные основания (IV категория).*Осадка грунта под действием данного удельного давления мо¬
жет характеризоваться коэффициентом упругого равномерного
сжатияСг = [кГ!см%	(3)381
где г (см) — осадка фундамента. Следовательно, это понятие ана¬
логично жесткости стыка.Для различных категорий грунтов применяют следующие зна¬
чения адоп и Сг (табл. 20).Таблица 20Категория грунтаI111ПIVДопускаемое удельное давление на
грунт oz [кГ/см2\	1,51,54-3,53,5 6>6Коэффициент Cz [кГ/сж3]	до 334-66-7-Ю>106)	Расчет тепловых деформаций станины и фундаментаВ случае скрепления станины с фундаментом следует опасаться
тепловых деформаций станины, которые могут быть при колеба¬
нии температуры окружающей среды. Причина тепловых деформа¬
ций заключается в том, что коэффициент линейного расширения
материалов фундамента (бетона) и станины (чугуна) различны.
Поэтому при изменении температуры их длина становится неоди¬
наковой и станина изгибается.Необходимо подсчитать величину искривления станины, так
как она влияет на точность обработки-382
На рис. 210 приведена расчетная схема для определения вели¬
чины искривления станины Ь = Ох С.Станину и фундамент заменяем двумя скрепленными пластинами,
выполненными из соответствующих материалов. Оси пластин
проходят через центры тяжести станины Ох и фундамента 02. Их
искривление	и А202В2 произошло в результате того, чтокаждый метр длины станины и фундамента получил тепловые при¬
ращения, разность которых А равнаА = &ст (/j /2) Яф (^1 ^2) (^СТ ®ф) • (^1	• • • »гдеаст и аф—коэффициенты линейного расширения материала ста¬
нины и фундамента;t\ и U — температуры в цехе при заливке фундамента и в дан¬
ный момент.Следовательно, разница в длинах фундамента и станины будет
равна AL или половине той величины на каждую сторону (рис. 210);Ь = R — R . cos 7 = R (1 — cos 7);
из треугольника А1КА2 получим sin 7 ^ ^ ;из треугольника ОАхС получим R = 	.Разлагая cos у в ряд и делая преобразования (аналогично вы¬
воду в гл. 7, § 3, п. 1), получим8 = — .	(5)8/1 ’Данная формула показывает, что чем длинее станина, тем
больше значение искривления направляющих станины 8. Поэтому
для длинных станин нельзя скреплять ее с фундаментом по всей
длине для возможности свободных тепловых расширений станины.в)	Расчет частоты собственных колебаний фундаментаДля избежания резонанса при работе станков с динамическими
нагрузками необходимо подсчитать частоту собственных колеба¬
ний станка и фундамента. Эта частота должна отличаться от ча¬
стот периодических сил, действующих на станок. Частота собствен¬
ных колебаний фундамента зависит от жесткости грунта, которая
характеризуется коэффициентом равномерного сжатия грунта.
Частота собственных колебаний в вертикальной плоскости fz мо¬
жет быть определена по общеизвестной формуле:i VT {гч^	(6)где g — ускорение силы тяжести;2 = —— осадка грунта от собственного веса,
с.383
Желательно, чтобы частоты собственных и вынужденных колеба¬
ний отличались более чем в 2,5 раза. Для повышения виброустой¬
чивости станков можно их устанавливать на виброизоляторы, кото¬
рые выполняются для легких станков из каучука или особых видов
пластмасс, а для средних станков специальной конструкции (рис.
211).регулиробгРис. 211. Виброизолятор с проволочной сеткойЧастота собственных колебаний виброизоляторов подсчитывает¬
ся по той же формуле (6) в зависимости от нагрузки на каждую
Ьпору и коэффициента жесткости эластичной прокладки.§ 2. ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ОБСЛУЖИВАНИЕ СТАНКОВ1.	Техника безопасности при работе на станкахПервым условием рациональной эксплуатации станков являет¬
ся соблюдение условий безопасности при работе на станке. Совре¬
менные станки являются мощными, быстроходными машинами,Й.	снимающими нередко большоеЦП QD количество стружки в единицу
. HI——ЕрЦ времени. Возможность травм при
попадании в зону действия ме¬
ханизмов, при поломках быст-
ровращающихся частей станка
(шкивов, шлифовальных кру¬
гов), при поражении отлетаю¬
щей горячей и острой стружкой,
при попадании под напряжение
и других Причин обязывает
применять специальные устрой¬
ства и механизмы, обеспечи¬
вающие безопасную работу на
Рис. 212. Пылестружкоотводник для станке
токарного станка	~Все вращающиеся части дол¬
жны быть закрыты крышками и
кожухами. Особенно важно иметь защитные устройства для шли¬
фовальных кругов, которые вращаются с большим числом оборо¬
тов и могут в случае дефектов круга разорваться. Кожух должен384
обладать необходимой прочностью и также предохранять рабочего
от разбрызгиваемой охлаждающей жидкости. При работе на стан¬
ках с высокими режимами обработки щитки и ограждения должны
надежно защищать рабочего от попадания стружки.Большой эффект дает применение специальных пыле- и струж-
коотводчиков (рис. 212), которые отсасывают стружку хрупких
металлов и абразивную пыль из зоны резания [14].При открывании крышек сменных шестерен коробок скоростей
и подач, различных механизмов желательно, чтобы станок авто¬
матически выключался и не мог быть включен пусковой кнопкой.
Это обезопасит наладку станка и регулировку его механизмов от
случайных пусков. Вопросы техники безопасности рассматри¬
ваются в специальных курсах и включают также эксплуатацию
электротехнических устройств.2.	Смазка станковСмазка трущихся поверхностей станков является одним из ос¬
новных методов повышения их долговечности и повышения к. п. д.
станка, а также уменьшения шума и вибраций. Слой смазки устра¬
няет непосредственный контакт двух поверхностей, благодаря че¬
му не только значительно уменьшаются силы трения, но и создают¬
ся условия для устранения или резкого уменьшения износа поверх¬
ностей.Жидкостное трение, при котором трущиеся поверх¬
ности полностью разделены слоем смазки, наиболее желательно р
точки зрения уменьшения износа. Можно считать, что в случае
жидкостного трения не происходит износа поверхностей и можно
обеспечить практически большой срок службы сопряжения.Например, подшипники скольжения шпинделей, * которые ра¬
ботают в условиях жидкостного трения, могут работать в течение
многих лет без ремонта, если периоды пуска и останова станка
(когда нарушается жидкостное трение) редки, как это имеет место,
например, в бесцентровошлифовальных станках, и если подача
смазки не нарушается.Жидкостное трение может быть обеспечено двумя основными
методами — гидродинамическим и гидростатическим (подача смаз¬
ки под давлением, см. гл. 5 § 2).Жидкостное трение в сопряжениях станков, хотя и желательно,
но обладает рядом недостатков.Во-первых, жидкостное трение связано с существенным услож¬
нением конструкции системы смазки.Во-вторых, наличие масляного слоя между поверхностями, ве¬
личина которого зависит от нагрузки, может нарушить точность
перемещения узла. Например, в точных станках «всплывание»
столов на направляющих может привести к возникновению недопу¬
стимых погрешностей.335
Большинство сопряжений станков работает в условиях непол¬
ной смазки, когда между поверхностями имеет место граничное
трение (слой смазки порядка 0,1 мк и менее) или полужидкостное
трение (смешанное трение, одновременно жидкостное и граничное
или сухое).В этом случае из-нос поверхностей значительно меньше, чем при
отсутствии смазки, но избежать полностью его нельзя, так как
может иметь место непосредственный контакт трущихся тел.В качестве смазочных материалов в станках применяются жид¬
кие минеральные масла и густые (консистентные) мази. Преиму¬
щественное распространение получили минеральные масла, ко¬
торые лучше подходят для смазки ответственных быстроходных
сопряжений и позволяют более легко осуществлять централизован¬
ную смазку с ее циркуляцией и очисткой от загрязнения.Основной характеристикой смазочного масла является его
вязкость, т. е. способность жидкости оказывать сопротивление
перемещению ее частиц под действием внешних сил. В технической
практике вязкость определяют в условных единицах ВУ (градусах
Энглера), которые сравнивают текучесть масла и воды в определен¬
ных условиях. Вязкость заметно уменьшается с ростом температу¬
ры жидкости.В станках наиболее часто применяются следующие минераль¬
ные масла (табл. 21).Выбор того или иного сорта смазки зависит в первую очередь
от скоростей относительного скольжения и нагрузок, действующих
в сопряжениях. При прочих равных условиях, чем выше скорость
относительного скольжения и чем меньше удельное давление в со¬
пряжении, тем меньшей вязкости должно быть выбрано масло.
Для прецизионных механизмов, как правило, выбирается смазка
с меньшей вязкостью.В станках выбор сорта смазки осложняется тем, что имеется
большое разнообразие пар трения, работающих при различных
скоростях и нагрузках. Применение разных смазок неоправданно
усложнило бы конструкцию смазочной системы и затруднило бы
эксплуатацию такого станка.Поэтому применяют один, редко два сорта масла, ориентируясь
на средние условия работы и на ответственные сопряжения станка.В станках применяются разнообразные системы смазок, кото¬
рые описаны в специальной литературе [77, 85]. Наиболее совер¬
шенна централизованная смазка, которая надежно обеспечивает
смазку всех основных узлов станка.В качестве примера на рис. 213 показана схема смазки зубо¬
долбежного станка 5А150, в котором централизованная смазка
осуществляется тремя системами: для механизмов стойки, для сто¬
ла станка и для коробки гитары деления.Из центрального резервуара / емкостью 50 л, шестеренчатый
насос 2, через разгрузочный клапан 3 подает масло (индустриаль-386
Условная вязкость
при 50°С(градусы Энглера) Примерная область применения337
388
ное 30) в верхнюю ванну станка 4. Из этой ванны масло подается
к механизмам коробки реверса долбяка 5, в ванну червячной ше¬
стерни 6, в ванну стойки 7, откуда смазка при помощи фитилей
подается к двадцати различным местам.Для смазки делительной пары стола предусмотрена специаль¬
ная ванна 8. Плунжерный насос 9 подает смазку в ванну 10у отку¬
да она направляется к четырем точкам. Смазка механизмов гитары
деления также производится от отдельной системы. Плунжерный
насос 11 подает смазку в
ванну 12у откуда масло
подводится к тринадцати
точкам.Кроме этих основных
систем смазки, в станке
предусмотрен насос ручно¬
го действия 13, предназ¬
наченный для смазки пру¬
жины долбяка и индиви¬
дуальные масленки 14 для смазки опор.В системе предусмотрены смотровые глазки для контроля за
подачей смазки.Для быстроходных шпинделей современных станков все чаще
начинают применять смазку масляным туманом.Масляный туман образуется путем раздробления или распыле¬
ния механическим или пневматическим способами струи или
капли масла.При этом некоторые частицы масляного тумана достигают
2 мк в диаметре. При помощи воздушного потока (струи) частицы
тумана при подаче их к трущимся парам передвигаются через
сложную систему трубопровода на расстоянии нескольких десят¬
ков метров. Чем меньше распылены частицы масла, тем дальше они
переносятся воздушной струей.Для распыления масла применяются пульверизаторы, инжектор
или эжектор.Подача масла к трущимся парам в виде масляного тумана имеет
то преимущество, что воздух уносит тепло, возникающее в резуль¬
тате трения, а расход масла незначителен (не превышает 0,3 см3/час
на 1 см2 трущейся пары).Кроме того, течь масла через зазоры практически отсутствует,
что дает возможность сократить количество уплотнительных уст¬
ройств до минимума.Подача распыленного масла к трущимся парам осуществляется
через влагоотделитель, осушитель и маслораспылитель.На рис. 214 приведена схема установки для непрерывной пода¬
чи распыленного масла к перемещающемуся механизму.Струя сжатого воздуха к трущемуся механизму станка 1 (сто¬
лу, шпинделю) проходит через влагоотделитель 2, осушитель 3,Вход сжатого
боздуха7 3 4 5 6 7
Рис. 214. Схема смазки масляным туманом389
реле давления 4 и регулятор давления 5, попадает в маслораспы-
литель 6, откуда масляный туман по гибкому шлангу 7 попадает
в распределитель 8. После смазки узлов масло через воронку со¬
бирается в сборник масляного конденсата.При работе смазочных систем большое значение имеет надеж¬
ная фильтрация смазки с тем, чтобы инородние частицы и продукты
износа при циркуляции смазки не попадали на трущиеся поверхно¬
сти, так как это приведет к их интенсивному изнашиванию.В качестве примера на рис. 215 показан фильтр двойной очист¬
ки системы ЭНИМС [54].Отработанное масло поступает в стакан 1 пластинчатого фильт¬
ра, где происходит его грубая фильтрация. Крупные механические
частицы и сгустки смол оседают на пакете фильтра. Предваритель¬
но отфильтрованное масло по внутренним каналам, расположеннымв крышке, поступает в стакан 2 сетчатого фильтра. В зависимости
от сетки можно получать различную тонкость фильтрации масла.Последовательная фильтрация масла создает условия для
более длительной работы сетчатого фильтра между промывками.Фильтры двойной очистки целесообразно устанавливать в тех
смазочных системах, где по условиям эксплуатации частая промыв¬
ка пакетов фильтра недопустима.Выбору сорта смазки, конструкции смазочных систем, а также
теоретическим основам смазки посвящена обширная литерату¬
ра [42, 77, 85].3.	Рациональные методы эксплуатации станковРациональные методы эксплуатации оказывают существенное
влияние на работу станка. Систематическое наблюдение за работой390
станка и смазкой его механизмов, своевременное регулирование
отдельных механизмов, регулярный уход за станком, охрана его
от случайных ударов и повреждений — все это является необходи¬
мым условием для реализации той долговечности, которая заложе¬
на в конструкции станка.Система планово-предупредительного ремонта (ППР), дейст¬
вующая на заводах СССР, помимо непосредственно ремонтных
(см. гл. 15, § 1), предусматривает комплекс профилактических опе¬
раций, включенных в так называемое межремонтное обслуживание.В межремонтном обслуживании участвует как станочник, так
и работники ремонтной службы (слесарь, смазчик, шорник, элект¬
рик).Межремонтное обслуживание включает наблюдение за состоя¬
нием оборудования, за правильностью его эксплуатации, выпол¬
нение необходимых регулировок, устранение мелких дефектов,
смазку оборудования.Кроме того, периодические ремонты включают такие операции,
как промывка оборудования, смена масла и продувка смазочной
системы, проверка оборудования на точность и жесткость, что
также создает условия для нормальной эксплуатации оборудова¬
ния.При эксплуатации оборудования большое значение имеет изо¬
ляция поверхностей трения от загрязнения.Изоляция поверхностей трения от попадания пыли из воздуха,
абразивов, кусочков обрабатываемого материала оказывает весьма
сильное влияние на износостойкость механизмов.Особенно важно изолировать поверхности в том случае, когда
окружающая среда насыщена абразивами. Например, при работе
шлифовальных станков в воздухе и на поверхностях станка нака¬
пливается много абразивных частиц шлифовальных кругов.Поэтому для таких условий работы огромное влияние приобре¬
тают рациональные методы эксплуатации — смена и фильтрация
смазки, защита механизмов от проникновения абразивов, вытяжка
пыли из зоны обработки, удаление продуктов шлифования, напри¬
мер, магнитной сепарацией и др.Большое влияние на загрязнение поверхностей станка оказы¬
вает обрабатываемый материал.При обработке чугунного литья на токарных, фрезерных и дру¬
гих станках опасно попадание на механизмы окалины и частичек
песка, при обработке алюминиевых сплавов — твердых окислов
алюминия. Так, для направляющих токарных станков при легких
условиях работы даже при наличии щитков (которые лишь частич¬
но защищают направляющие) скорость изнашивания при обработ¬
ке алюминиевых сплавов возрастает в 3—4 раза по сравнению с
обработкой деталей из стали и чугуна.Отсюда видна необходимость введения более эффективных ме¬
тодов защиты направляющих при обработке алюминия.39!
Иногда на заводах можно наблюдать работу станков без щитков
над направляющими, только с войлочными уплотнениями. Замеры
показали, что в этом случае износ направляющих возрастает в 2—
— 3 раза.Поэтому при эксплуатации станков большое внимание должно
уделяться применению различных защитных устройств, предотвра¬
щающих попаданию загрязнения на ответственные элементы.Защитные устройства для направляющих были показаны на
рис. 134.Очень важно при эксплуатации станков обеспечить бесперебой¬
ную работу системы смазки.Неполадки в системе смазки могут привести к аварийным из-
носам и выходу из строя ответственных узлов станка. Например,
прекращение подачи масла к шпинделю шлифовального станка
приводит нередко не только к порче подшипников скольжения,
но и к такому разогреву шпинделя, когда на его поверхности по¬
являются тепловые трещины и он выходит из строя. При работе
на станках некоторые новаторы обратили внимание, что абразив¬
ная и иная пыль, находящаяся в воздухе во взвешенном состоянии,
оседает на направляющих станины и, смешиваясь с маслом, обра¬
зует абразивную смесь.Это ускоряет износ, особенно если станок со смазанными на¬
правляющими не работал некоторое время. Износ может возрасти
до 30%. Поэтому опытные рабочие производят тщательную уборку
направляющих в начале смены, особенно после нерабочих дней.Попадание абразива в смазку увеличивает износ в зависимости
от твердости абразивов.В порядке возрастания абразивной способности эти частицы
располагаются следующим образом: стальная и чугунная стружка,
окалина, песок, режущие зерна шлифовальных кругов.4.	Контроль за износом
ответственных деталей станков
в период эксплуатацииКонтроль за износом ответственных сопряжений станков необ¬
ходим для установления потребности в ремонте, для оценки каче¬
ства эксплуатации станка, для разработки мероприятий по повы¬
шению износостойкости станков.Измерение износа основных механизмов станка позволяет наи¬
более объективно оценить применяемые методы ремонта и эксплуа¬
тации оборудования.Измерение износа может производиться в период его плановых
ремонтов, в период эксплуатации (специально или при плановых
осмотрах) или при испытании станков.Существуют разнообразные методы измерения износа. Выбор
метода зависит от той цели, которая ставится при данном испыта¬392
нии и от требуемой точности измерения. Наиболее распространен¬
ные методы измерения износа можно разделить на следующие
группы:1.	Интегральные методы, когда возможно опреде¬
лить лишь суммарный износ по поверхности трения, не устанавли¬
вая величину износа в каждой точке поверхности.К этой группе относятся: определение износа путем взвешива¬
ния детали или образца, определение величины износа по содержа¬
нию железа (продуктов износа) в смазочном масле и более совре¬
менный метод определения износа при помощи радиоактивных изо¬
топов.2.	Метод микрометража основан на измерении дета¬
ли до и после износа микрометром, индикаторным или другим при¬
бором.Микрометраж, особенно измерение при помощи индикаторных
приборов, часто применяется при определении износа деталей стан¬
ков в производственных условиях.Однако этот метод не всегда дает точное представление о форме
изношенной поверхности. Например, измеряя износ шейки шпин¬
деля путем замера ее диаметра, можно определить лишь среднее
значение износа двух диаметрально расположенных точек поверх¬
ности.При измерении износа таких ответственных поверхностей, как
направляющие скольжения, необходимо иметь базовую прямоли¬
нейную поверхность.3.	Метод местного износа заключается в том, что
на изнашивающейся поверхности наносят углубление строго опре¬
деленной формы в виде конуса, пирамиды и т. д. и по уменьшению
размера углубления в плане судят о величине износа.Широкое распространение за последние годы получил предло¬
женный проф. М. М. Хрущовым и Е. С. Берковичем метод вырезан¬
ных лунок. Этот метод заключается в том, что на исследуемой
поверхности вращающимся резцом вырезается лунка (рис. 216, а)
и по уменьшению ее размера при износе судят о величине местного
износа.На базе метода лунок создан ряд приборов для измерения из¬
носа различных деталей в лабораторных и производственных
условиях.В качестве примера на рис. 216, б показан прибор для измере¬
ния износа направляющих станков износомер П-3 конструкции
автора.В износомере П-3 микроскоп для измерения лунки и резцедер-
жавка для вырезания лунки объединены в одном узле, благодаря
чему обеспечивается возможность наблюдения за вырезанием лу¬
нок и доведения их размера до требуемой величины по делениям
окуляра.
*}износ иfjjВсе детали прибора помещены в корпу¬
се /, который прикрепляется к каретке 2.Для быстрого подвода резца к поверх¬
ности служит гайка 3, имеющая правую
и левую резьбу. Гайка перемещает нап¬
равляющую 4, с которой скреплен ста¬
кан 5. Стакан прижимается к исследуемой
поверхности и обеспечивает жесткое по¬
ложение прибора при вырезании лунки.5/12/Рис. 216. Метод лунок — а и идиосомер П-3 для изме¬
рения износа направляющих станков «б394
Рабочая подача при вырезании лунки производится при вращении
дифференциальной гайки 7, которая перемещает гильзу 8 через пе¬
реходник 9. С гильзой соединена державка 10, несущая коленчатый
валик 11 с резцом 12. Вырезание производится одновременной пода¬
чей державки и вращением резца через карданный валик 13. Для
выборки в резьбе гайки 7 люфтов предусмотрена пружина 14.В валике 11 закрепляется алмазный резец или резец из быстро¬
режущей стали (при нанесении лунок на чугуне). Валик выполнен
коленчатой формы, и после каждого снятия стружки открывается
возможность для осмотра лунки и ее измерения через микроскоп.Микроскоп помещен внутри прибора и состоит из колпачка 15,
в котором помещен объектив 16 (в данном приборе X 3,7), тубу¬
са 17 и трубки 18. В трубку вставляется окуляр, имеющий шкалу
с делениями, или на нее одевается винтовой окулярмикрометр 19
(в данном* приборе АМ-9-2) для измерения лунки. Фокусировка
микроскопа осуществляется гайкой 20.Освещение исследуемой поверхности производится посредством
лампочки 21.Весь прибор имеет небольшие габариты и может применяться
для определения износа не только направляющих, но и других
разнообразных поверхностей деталей станков.При замерах износа прибор закрепляется на гранях направляю¬
щих токарных, револьверных и других станков и на них наносятся
лунки. Для производственного контроля за скоростью изнашива¬
ния достаточно нанести 3—4 контрольных лунки в зоне наиболь¬
шего износа. Если желательно выяснить форму изношенной по¬
верхности направляющей, например для суждения о потере стан¬
ком точности, лунки наносят по всей длине направляющих через
каждые 100—200 мм.Сочетание контроля за износом деталей станков с рациональ¬
ными методами их эксплуатации позволит длительное время сохра¬
нять начальные характеристики станка и в первую очередь его
точность и производительность.Глава 15
РЕМОНТ И МОДЕРНИЗАЦИЯ СТАНКОВ§ 1. РЕМОНТ СТАНКОВ1.	Система планово-предупредительного ремонта (ППР)В Советском Союзе разработана и внедрена система планово¬
предупредительных ремонтов (ППР), которая, отражая специфику13*	Э95
социалистической промышленности, явилась большим прогрессив¬
ным мероприятием, способствующим повышению долговечности
оборудования. Система ППР выдержала испытание временем и за
период 30-летнего существования показала свои преимущества
перед другими системами ремонта: системой послеосмотровых ре¬
монтов, системой стандартных ремонтов и др. [10].Основными положениями системы ППР являются:1.	Ремонт оборудования производится через равные, заранее
планируемые промежутки времени (межремонтные периоды). Эти
периодические ремонты составляют основной объем ремонтных
работ по восстановлению работоспособности оборудования.2.	Период времени, прошедший до капитального ремонта стан¬
ка, является его ремонтным циклом, так как станок после капиталь¬
ного ремонта должен отвечать всем требованиям, предт*являемым
к новому станку.3.	Структура ремонтного цикла (число периодических ремонтов
в цикле, их вид и чередование) обусловливается системой ППР и
одинакова для различных типов станков.4.	Длительность межремонтного периода является одной из
основных характеристик ремонтного цикла оборудования и уста¬
навливается в зависимости от типа станка и условий его работы.5.	Содержание и трудоемкость ремонтных работ в данном пла¬
новом ремонте характеризуются числом слесарных и станочных
нормо-часов. Соотношение между объемами ремонтов данного наи¬
менования (малый, средний, капитальный) одинаково для всех
станков.6.	Трудоемкость ремонта определяется при помощи групп ре¬
монтной сложности станка R — условного коэффициента, показы¬
вающего, во сколько раз трудоемкость ремонта данного станка
больше, чем станка-эталона. За эталон принят станок ДИП-200
для которого R = 10 (или станок 1К62, для которого R — И).7.	Указанные в системе объемы ремонтных работ являются сред¬
ними и допускают отклонения как в сторону уменьшения, так и
в сторону увеличения в зависимости от фактического состояния
станка.8.	Помимо периодических ремонтов предусматривается межре¬
монтное обслуживание станков, при котором, кроме профилакти¬
ческих мероприятий (смазка, уборка, промывка станков), произво¬
дится малотрудоемкий ремонт (замена быстросменных деталей,
регулировка механизмов, зачистка забоин, устранение мелких
повреждений и т. д.) и ремонт некоторых быстроизнашивающихся
деталей.9.	Системой ППР планируются также осмотры и проверки стан¬
ка на’ точность для выявления состояния оборудования и уточне¬
ния объема ремонтных работ. В ряде случаев отдельно планируют¬
ся промывки станков.Глубокий смысл, заложенный в этих положениях системы ППР,396
заключается в том, что установление постоянной структуры ре¬
монтного цикла, сохранение средних соотношений объемов ремонт¬
ных работ между данными видами ремонта, сравнение различных
типов оборудования посредством назначения группы ремонтослож-
ности дают возможность заранее планировать ремонты и произво¬
дить расчеты рабочей силы, оборудования и времени, необходимых
для ремонта.С другой стороны, система учитывает разнообразие оборудов;а-
ния и условий работы, которые имеют место в производстве. Она
предусматривает установление различных межремонтных перио¬
дов, допускает отклонение трудоемкости ремонта от средних зна¬
чений и, наконец, осуществляет целый комплекс профилактиче¬
ских мероприятий, не допускающих неожиданного выхода обору¬
дования из строя и возникновения прогрессивных износов.Однако до последнего времени (1956) в различных отраслях
промышленности применялись разнообразные организационные фор¬
мы ремонта и для однотипного оборудования назначалось неодина¬
ковое число ремонтов в цикле (от 4 до 12), различная структура
цикла и свое соотношение между объемами работ для отдельных
видов ремонта.Это положение было неоправдано и был поднят вопрос о созда¬
нии единой системы ППР для различных отраслей машинострои¬
тельной промышленности [31; 68].Типовая система ППР была разработана ЭНИМС [95], который
принял 9-периодную систему со структурой цикла I—I—II—I—I—
—II—I—I—III (или М—М—С—М—М—С—М—М—К), где I (М)—
малый ремонт, II (С) — средний, III (К) — капитальный.Такая структура ремонтного цикла применялась ранее в авто¬
тракторной и авиационной промышленности. На каждую единицу
ремонтосложности нормами ППР предусмотрено на малый ремонт10,	на средний 30 и н# капитальный 54 чел.-час, т. е. соотношение
трудоемкости ремонтов 1:11:111 = 1:3: 5,5. На осмотр и про¬
мывку станка отводится 1,7 чел.-час. Длительность межремонтно¬
го периода в зависимости от типа станка и условий работы колеб¬
лется в пределах Тг = 2600 5850 час, отработанных станком.При малом ремонте производится замена или восста¬
новление небольшого количества изношенных деталей, регулиров¬
ка механизмов, проверка состояния станка и правильности функци¬
онирования системы смазки.При среднем ремонте производится больший объем
ремонтных работ, который включает частичную выверку координат
станка и восстановление утраченной точности. Средний ремонт
производится без снятия станка с фундамента.При капитальном ремонте произйЬдится полное
восстановление утраченной работоспособности станка. Обычно
станок полностью разбирается и промывается и его детали на осно¬
вании замеров и визуального осмотра разделяются на три группы.397
К первой группе относят годные детали, которые не нуждаются
в ремонте и могут проработать еще один ремонтный цикл.Во вторую группу включают детали, которые требуют ремонта
из-за износа их поверхностей, деформации или других причин.
Для каждой детали назначается наиболее целесообразный техноло¬
гический процесс ремонта (восстановление поверхности наплавкой,
хромированием или другим методом, шлифование поверхности на
ремонтный размер и т. п.).К третьей группе относят детали, которые нельзя или нецелесо¬
образно ремонтировать. Эти детали заменяются новыми, выполнен¬
ными с теми же техническими условиями. Типичными деталями
этой группы являются: подшипники качения, диски фрикционных
муфт и др. Для правильной разбивки деталей на группы и оценки
пригодности деталей, для дальнейшей работы в станке необходи¬
мо установить их предельно допустимые износы и сроки службы.2.	Установление предельных износов
и сроков службы деталей станковУстановление предельно допустимых значений износа яьляется
чрезвычайно сложной задачей, так как к деталям любого станка
предъявляются самые разнообразные требования. До настоящего
времени методика расчета предельных износов разработана еще
недостаточно.Критерии (признаки) предельного износа деталей можно раз¬
делить на две группы.К I группе относятся те критерии, которые связаны только с
правильной работой данного сопряжения и детали.Сюда относятся такие случаи, как поломка детали в результате
износа (зубья тихоходных червячных колес), износ цементирован¬
ного слоя и в результате резкое возрастание скорости изнашива¬
ния (камни кулисных механизмов), нарушение жидкостного тре¬
ния (подшипники скольжения) и др.Однако во многих случаях нельзя рассматривать работу сопря¬
жения изолированно от механизма или машины.Критерии II группы связаны с выполнением станком или меха¬
низмом своего служебного значения. Наиболее характерным кри¬
терием этой группы для станков является точность обработки.Например в табл. 22 приведены разработанные автором норма¬
тивы на предельно допустимые износы направляющих токарных
станков (отнесенные к участку с наибольшим износом) в зависимо¬
сти от требуемой точности обработки. В таблице указаны те цифры,
которые дают уменьшение точности только за счет износа направ¬
ляющих и не учитывают влияния остальных элементов (жесткости
суппорта, шпинделя й детали, износа резца).ЗЭ8
Таблица показывает, что допустимый износ направляющих
непосредственно связан с требуемой точностью обработки и разме¬
рами (длиной) обрабатываемой детали.При больших допусках на диаметр и коротких изделиях допу¬
скаемый износ может быть весьма значительным. Однако с точки
зрения виброустойчивости суппорта, а также культуры эксплуата¬
ции и ремонта не рекомендуется допускать значения износа больше0,2 мм.Таблица 22Предельное отклоне¬
ние диаметра ^дета-
лей в мкКласс точности
при d = 50 jl. 80
ммПредельно допустимый износ направляю¬
щих в мм при обточке детали длиной до25 мм50 мм100 мм200 мм300 мм400 мм1310,160,080,040,020,0130,012020,240,120,060,030,020,015302а0,400,200,100,050,0350,025603—0,400,200,100,070,05120За——0,400,200,130,102004——0,650,320,210,164005———0,650,430,32Влияние износа на работу станка и в связи с этим критерии
для выбора предельных износов указаны в нижеследующей схеме:Предельный износ механизмов и деталей станкаСтанок не может
больше функцио¬
нироватьИзнос приводит к по¬
паданию в зону интен¬
сивного выхода из
строя станка и его
деталейХарактеристики
станка выходят за
допустимые или
рекомендуемые
пределысаICZоcdМоXасГО03нSо<v>>Sн33оо?ОSЧCQСОа-о-коUокл»=;а>»=*<иClСО.Поломка деталиЗадиры и порча
поверхностиУдары или шум
в сопряжении1.	Механизмы не сра¬
батывают2.	Поломка других
деталей механизма
из-за износа дан¬
ной детали1.	Вибрации машины2.	Динамические
Удары3.	Разогрев4.	Заедание меха¬
низмов1.	Ухудшение каче¬
ства продукции
(точности)2.	Понижение про¬
изводительности3.	Падение к. п. д.4.	Шум машины399
Эти данные следует положить в основу установления предель¬
ных износов.Во многих случаях для отдельных моделей станков предель¬
ные износы основных деталей могут быть 7Становлены, исходя из
практики их ремонта и эксплуатации.Для определения срока службы детали (Т) необходимо знать
характер протекания износа детали во времени и предельно допу¬
стимую величину износа t/max. Так как для большинства случаев’
период нормального износа протекает при постоянной скорости
изнашивания *х = const, то при известных у и £/тах срок службы
детали будетгр __ ^так
7Значение скорости изнашивания 7 берется на основании заме¬
ров износа или из опыта эксплуатации станков данного типа.Формула (1) для определения сроков службы применима для
тех деталей, которые ремонтируются по мере выхода их из строя,
т. е. когда износы достигли значения i/max.Такими деталями являются быстросменные детали, которые за¬
меняются при межремонтном обслуживании машины.Для деталей, ремонтируемых при периодических плановых
ремонтах, допустимые износы UAOn будут меньше или равны пре¬
дельным Ч/тах, так как деталь не должна выйти из строя в течение
последующего межремонтного периода. Если длительность межре¬
монтного периода, т. е. время между двумя плановыми ремонтами,
7\, то за это время износ детали увеличится на величину 7-Т^
Поэтому допустимое значение износа UROn, начиная с которого при
периодических ремонтах необходимо ремонтировать деталь, будет{^доп — ^Лпах Т *	(2)Учитывая, что 7
монта, получимоткуда=-и*оп-, где Т — время работы детали до ре-и ~ и _ . доп--11-,	(3)<^доп — и так	Тt/доп = 	.	(4)1 + ~тЕсли данный периодический ремонт является k — м с момен¬
та последнего ремонта детали, то время работы детали будет Т =
= kTv и формула для подсчета допустимого износа примет вид:
Например деталь имеет глубину цементированного слоя 0,8 мм
и предельный износ равен t/max =0,65 мм (80% от глубины слоя).
Надо ли ремонтировать деталь, если при ее измерении при 3-м пе¬
риодическом ремонте износ оказался равным 0,55 мм?Подсчитываем £/доп по формуле (5)^доп =-0,65 —-— = 0,49 лш.3 —|— 1Следовательно, деталь надо ремонтировать, так как хотя ее
износ и меньше, чем t/max, но она не дослужит до следующего пе¬
риодического ремонта.Зная предельно допустимые износы и сроки службы основных
деталей станка, можно более точно установить содержание отдель¬
ных видов ремонта, повысить долговечность станка и удешевить
его ремонт.3.	Выбор рациональных параметров ремонтной системыСтруктура ремонтного цикла и длительность межремонтного
периода — основные параметры системы ППР, выбор которых ока¬
зывает непосредственное влияние на долговечность станков.Для выбора оптимальных значений этих параметров надо оце¬
нить, как влияет их значение на характеристику долговечности
станка — коэффициент т|д [см. гл. 2, формулу (18)].При применении формулы (18) для периодических ремонтов
необходимо учитывать, что:1)	периодичность ремонта будет определяться минимальным
сроком службы Tt тех деталей, которые включаются в периодиче¬
ские ремонты;2)	одновременно при каждом ремонте будут ремонтироваться
все те детали, срок службы которых наступит раньше следующего
ремонта.Для анализа структуры ремонтного цикла все детали станка,
входящие в периодические ремонты, необходимо разбить на груп¬
пы по срокам их службы.В данную группу входят детали, срок службы которых 7\ на¬
ходится -в пределах nlTl <77 < (п + 1) Г, где п—порядко¬
вый номер данной группы деталей и Тх — минимальный срок служ¬
бы, определяющий периодичность ремонта. Для п-й группы дета¬
лей периодичность ремонта будет пТ i, т. е. детали 1-й группы бу¬
дут ремонтироваться через Тг час, детали2-й группы—через2Тхчас
и т. д. Число групп деталей (/), ремонтируемых при перио-/ 7\пахдических ремонтах, определяется из соотношения / = -^-х, гдеТ'тах — срок службы детали с максимальной долговечностью.Структура цикла и содержание отдельных ремонтов можно401
изображать условными кружками, как это показано на рис. 217
для 9- и 6-периодного циклов. При таком изображении видно, ка¬
кие группы деталей входят в каждый периодический ремонт. Так
как структура цикла предусматривает определенный объем работ
каждого вида, то некоторые детали приходится включать в сред¬
ние или в капитальный ремонты. Например, детали 4 и 5 групп
могут проработать АТ и ЪТ час, но их приходится включать в
средний ремонт II (т. е. использовать их срок службы непол¬
ностью), чтобы не увеличивать объем ремонтных работ при ма¬
лом ремонте (ремонте I вида).Если принять трудоемкость всех групп примерно одинаковой, то
соотношение объемов ремонтных работ будет: 1:11:111 = 1:4:6
(последняя цифра условная и зависит от числа групп деталей).Группы деталей	Группы деталейРис. 217. Условное изображение ремонтных структур 9- и 6-период¬
ного ремонтных цикловИз графика видно, что при 9-периодном цикле не сохраняется
постоянным содержание ремонта одного наименования, что являет¬
ся следствием нерационального построения структуры цикла.
Так, в ремонт I вида в одном случае входит первая группа деталей,
в другом — первая и вторая, что, однако, не отражено в нормати¬
вах системы.По существу данная структура имеет пять различных видов
ремонта.Поэтому автором предложен 6-периодный оптимальный цикл
(рис. 217, б) со структурой I—II—III—II—I—IV, где I и II пер¬
вый и второй малые ремонты, III — средний и IV—капиталь¬
ный.Данная структура цикла обеспечивает постоянство объема и
содержания ремонтов одного наименования. Поэтому при опти-в
мальном цикле будет иметь место наиболее полное соответствие"402
между нормативами на данный вид ремонта и фактическим объемом
ремонтных работ.Как показывают расчеты [66], оптимальный цикл в подавляю¬
щем большинстве случаев будет способствовать уменьшению тру¬
доемкости ремонта.Величина межремонтного периода (7\) является тем основным
параметром системы ППР, который отражает специфику данного
оборудования, характер его загрузки и эксплуатации.Определение межремонтного периода следует производить пос¬
ле выбора структуры ремонтного цикла и оно является второй за¬
дачей по установлению основных
параметров ремонтной системы.При решении задачи о ра¬
счете длительности межремонтного
периода так же, как и при опре¬
делении структуры цикла, необхо¬
димо исходить из высокой долго¬
вечности оборудования. Оптималь¬
ным периодом будет тот, который
обеспечит при прочих равных ус¬
ловиях наибольшие значения ко¬
эффициента долговечности (или,
что то же самое, минимальное зна¬
чение ремонтных потерь).Основная идея, положенная
в основу выбора оптимального
межремонтного периода (Т1=7опт),
заключается в том, что устанав¬
ливается такое соотношение меж¬
ду объемами работ при периоди¬
ческих ремонтных и межремонт¬
ном обслуживании, которое обес¬
печивает минимальную трудоемкость ремонта для данных ус¬
ловий.	~ :При увеличении длительности межремонтного периода большее
число деталей ремонтируется при межремонтном обслуживании.
Это приводит к тому, что с одной стороны, при межремонтном
обслуживании имеет место более полное использование долговеч¬
ности отдельных деталей, с другой, — увеличение объема сбороч-
но-разборочных работ.Исходя из этих предпосылок, автором предложена номограмма
(рис. 218) для определения оптимального межремонтного периода.По вертикали отложен коэффициент изменения межремонтного
Т	u .периода хопт = -,опт., который показывает, во сколько раз опти-
Тфмальный межремонтный период Т0 должен быть больше (илиРис. 218. Номограмма для опре-403
меньше) фактического 7^, для того чтобы суммарная трудоемкость
ремонта была минимальной.По горизонтали отложен коэффициент (i, показывающий возра¬
стание трудоемкости ремонта деталей узла при межремонтном об¬
служивании за счет возрастания сборочно-разборочных работ.Коэффициент р может быть определен из практики ремонта и
зависит от конструкции станка.Различные кривые соответствуют соотношению трудоемкости
ремонтов капитального (тк) и малого (ti).Графики показывают, что большое влияние на величину Гопт
оказывает коэффициент р.При сокращении времени на сборочно-разборочные работы пу¬
тем применения быстросменных деталей и внедрения регулировок
для компенсации износа становится целесообразным повышение
межремонтного периода.При изменении условий ремонта и эксплуатации оборудования
межремонтный период также должен быть соответственно изменен.Совершенствование методов технологии ремонта, повышение
долговечности отдельных деталей станка и улучшение его конст¬
рукции будет в полной мере способствовать повышению долговеч¬
ности оборудования в том случае, если правильно выбраны основ¬
ные параметры системы ремонта и, в первую очередь, структура
ремонтного цикла и длительность межремонтного периода.§ 2. МОДЕРНИЗАЦИЯ СТАНКОВ
1.	Направления модернизации станковМодернизация (обновление) станков способствует более эффек¬
тивному использованию оборудования, находящегося в эксплуата¬
ции продолжительное время. За время эксплуатации данного Стан¬
ка появляются новые технологические процессы и новые инстру¬
менты* повышается степень автоматизации данного производства,
растет производительность труда. Одновременно появляются но¬
вые конструктивные' решения по отдельным узлам и механизмам
станков с применением более износостойких и прочных мате¬
риалов. Все это приводит к необходимости модернизировать обо¬
рудование, приближая его технические показатели к уровню но¬
вых машин.Модернизацию станков наиболее целесообразно совмещать с их
капитальным ремонтом. Основные направления модернизации стан¬
ков следующие:1.	Улучшение технических характеристик станка. Повы¬
шение мощности, быстроходности, жесткости, точности и других
характеристик станка достигается путем изменения кинематиче¬
ской схемы станка и усиления слабых звеньей, заменой электродви¬
гателей на более мощные и быстроходные.404
При этом большое значение имеют расчеты передач на проч¬
ность и долговечность с целью оценки возможностей по повыше¬
нию передаваемых нагрузок. Повышение скоростных характери¬
стик станка и его мощности связано главным образом с прогрессом
металлорежущего инструмента^ развитием скоростного и силового
резания, с появлением инструментальных материалов высокой
стойкости. Повышение точности станков достигается обычно вве¬
дением более точных направляющих элементов (подшипников,
направляющих) и за счет повышенных требований к выверке коор¬
динат станка и к жесткости его узлов.2.	Расширение или изменение технологических возмож¬
ностей станка. Во многих случаях необходимо расширить техно¬
логические возможности станка: увеличить размеры обрабатывае¬
мого изделия, увеличить количество одновременно работающего
инструмента, ввести приспособления для дополнительных операций
на станке. Например, для возможности обрабатывать на фрезер¬
ных станках детали большей ширины увеличивают площадь стола
при помощи специальных приставок или изменяют конструкцию
стола, вводя дополнительные направляющие.Иногда по условиям производства необходимо изменить техно¬
логическое назначение станка. Найример, довольно часто исполь¬
зуют продольнострогальные станки в качестве шлифовальных (на¬
пример, для обработки направляющих станков), устанавливая
вместо суппорта шлифовальную головку с приводом от индивидуаль¬
ного электродвигателя. Можно модернизировать токарный станок
для протягивания отверстий, а долбежный станок для наружного
протягивания или прошивки отверстий. Изменение технологиче¬
ского назначения станка обычно связано с отсутствием на произ¬
водстве более производительного или специального станка или
с желанием использовать освободившиеся на производстве станки
при внедрении новой технологии.3.	Автоматизация оборудования и сокращение времени
холостых ходов. Широкая автоматизация технологических процес¬
сов предъявляет свои требования к конструкциям станков в части
автоматизации холостых ходов, приспособленности станка к встрой¬
ке в автоматическую линию, возможности многостаночного обслу¬
живания и т. п. Типичной модернизацией для этих целей является
создание загрузочных устройств, изменение органов управления
станка и введение автоматических методов переключения и выклю¬
чения скоростей, введение механизмов быстрых перемещений суп¬
портов и столов и т. п.В ряде случаев сокращение холостых ходов не обязательно
связано с автоматизацией станка. Например, введение быстро¬
действующих пневматических зажимов с ручным управлением,
подъемников для установки тяжелых деталей на станок значи¬
тельно сокращает время вспомогательных ходов и облегчает труд
рабочего.405
Рис. 219. Модернизация4.	Повышение долговечности станков. Мо¬
дернизация для повышения долговечности станков касается преж¬
де всего улучшения системы смазки, введения защитных устройств
для изоляции ответственных механизмов от попадания пыли,
применения более износостойких материалов и модернизации
механизмов и узлов станка с использованием основных методов406
/повышения долговечности узлов за счет их конструкции (см.
. гл. 2, § 2).Наиболее целесообразно осуществлять модернизацию станков
одновременно по нискольким направлениям, особенно для повыше¬
ния их технических характеристик, автоматизации и повышения
долговечности станков.407
2.	Примеры модернизации станковПриведем примеры модернизации станков. Особенно широко
применяется модернизация токарных станков как наиболее рас¬
пространенных.На рис. 219 показана модернизация токарно-винторезного стан¬
ка МТВ-150, проведенная Владимирским совнархозом.Цель модернизации — повышение производительности станка,
улучшение условий труда и эксплуатационных качеств станка,
что достигается введением: пневматического зажима цанги; быстро¬
действующего резцедержателя; продольных упоров; копироваль¬
ного приспособления; устройства быстрого отвода пиноли
задней бабки; упоров поперечных салазок суппорта; устройства
для механического перемещения задней бабки; лимбов продольной
и поперечной подачи суппорта; фрикционной муфты, пластмассо¬
вых направляющих; системы принудительной смазки направляю¬
щих станины; ограждения.Наибольшее сокращение вспомогательного времени дают пнев¬
матический зажим цанги и продольные упоры.Сжатый воздух для пневматического зажима цанги из цеховой
магистрали по трубе 1 (рис. 219, й) поступает в двухходовой воз¬
душный кран 6 (рис. 219, б), управляемый ручкой 4. Поршень 7
пневмоцилиндра 2 через рычажную систему 3 и гильзу 11 вдавли¬
вает шарики между втулкой 12 и шайбой гайки 10, вызывая за¬
жим цанги трубой 8. При обратном движении поршня осво¬
бождаются шарики, а гайка 9 освобождает цангу. "Реверси¬
рование поршня осуществляется золотником 5. Внезапное паде¬
ние давления воздуха (4 — 5 am) при зажатой цанге не
опасно, так как шарики фиксируются цилиндрической частью
гильзы 11.Продольные передвижные упоры 4 (рис. 219, в) установлены на
валике 6, кронштейны 1 и 7 которого крепятся к корыту станка 8.
При движении суппорта рычаг 5, встречаясь с упором 4, выклю¬
чает подачу суппорта. Установку нужного упора производят пово¬
ротом валика 6 за втулку 3 и фиксируют шариковым фиксатором 2.
При обточке ступенчатых валиков по упорам достигается точность
до 0,1 мм по длине.Модернизация может быть произведена комплексно либо от¬
дельными узлами. При комплексной модернизации снижение вспо¬
могательного времени составляет 30%.При модернизации конструкция узлов и кинематика станка де
изменены.При модернизации распространенного оборудования, особенно
токарных станков, целесообразно создавать унифицированные уз¬
лы, приспособленные для модернизации однотипных станков.
Для сокращения вспомогательного времени следует применять
механизмы быстрых перемещений суппортов.408
409
ЦКБ Реммаштреста спроектировало унифицированные редукто¬
ры для быстрого продольного перемещения суппорта токарно-вин¬
торезных станков в обоих направлениях со скоростью 3—6 м/мин
[18].Конструкция узлов предусматривает возможность их исполь¬
зования на любом токарно-винторезном станке с высотой центров
160—600 мм. На некоторых станках можно осуществлять также
быстрое поперечное перемещение суппорта. Редукторы имеют два
варианта выполнения: механический и с электромагнитной муфтой
(по два типоразмера в каждом варианте).Редуктор с электромагнитной муфтой (рис. 220) выполнен в
виде червячного редуктора с фланцевым электродвигателем 1.
Червячное колесо 2 сидит на валу свободно и включается и выклю¬
чается с помощью электромагнитной фрикционной муфты 3, одно¬
временно с включением и выключением электродвигателя 1. Руч¬
ное перемещение и рабочая подача суппорта осуществляются при
выключенной муфте.На фланце 4 сидит свободно лимб 5, предназначенный для от¬
счета величины продольного перемещения суппорта. Вращение
лимба осуществляется от одного из валов фартука с помощью зуб¬
чатой передачи, сообщающей движение колесу 6 лимба. Предусмот¬
рена возможность установки электродвигателя как на правом
торце корпуса редуктора, так и на левом. В корпусе имеется два
отверстия для возможности крепления щеткодержателя 7 с одной
или другой стороны. В одно из них ввертывается щеткодержатель,
а другое используется для заливки масла и закрывается крыш¬
кой 8.Крепление редуктора на фартуке токарного станка осущест¬
вляется следующим образом.При установке редуктора снимается маховик ручного продоль¬
ного перемещения суппорта; вал маховика подвергается дополни¬
тельной обработке для возможности соединения с валом редуктора.
Редуктор с помощью фланца крепится к платику фартука.Возможны различные варианты расположения редуктора на
фартуке станка (рис. 220, б). При этода необходимо, чтобы установ¬
ленный редуктор не затруднял доступ к рукояткам фартука.3.	О расчетах при модернизацииПри модернизации оборудования с целью повышения мощности
и быстроходности необходимо произвести поверочные расчеты при¬
вода и выявить слабые звенья. Слабыми звеньями могут оказаться
фрикционные муфты, ременные передачи, а также шестерни, шлы,
подшипники и другие детали привода. Усиление этих звеньев
производится изменением их конструкции (введение большого
числа дисков фрикционных муфт, числа ремней передачи, увеличе¬
ние модуля шестерен и т. д.) или применением более качественных410
0Тзз (час) >	(6>материалов и термообработки. При модернизации допускаются
меньшие значения коэффициентов запаса (на 10—20%) и меньшие
значения сроков службы деталей, чем для новых станков.Формулы для определения модуля шестерен, для определения
диаметров валов и т. п. преобразуются для подсчета возникающих
напряжений с тем, чтобы оценить возможность передачи данных
нагрузок той же деталью или деталью той же конфигурации, но
выполненной из другого материала или с термообработкой. Для
подшипников скольжения повышение нагрузок может привести
к нарушению жидкостного трения, а при повышении скоростей —
к^ более интенсивному тепловыделению.Повышение скоростей пропорционально увеличивает передава¬
емую мощность, но часть этой мощности тратится на преодоление
возрастающих динамических нагрузок. Поэтому необходимо под¬
считать величину этих нагрузок, например для шестерен подсчи¬
тать динамический коэффициент kA (см. гл. 3, § 3).Для подшипников качения повышение скоростей и нагрузок
понижает долговечность подшипника Л:£0.33hTqoгде С — коэффициент работоспособности; п — число оборотов
в минуту и Q (кГ)— нагрузка на подшипник. Кроме тбго, число
оборотов может превысить значения, допустимые для данного типа
подшипника, что еще более сильно сократит его срок службы.Поэтому при модернизации часто приходится переходить на
другой тип подшипника повышенной грузоподъемности.В ряде случаев расчеты при модернизации можно производить
в виде сравнения двух вариантов передач. Этот метод называют
методом подобия. Если N i; т\ Т i и т. д. соответственно мощность,
число оборотов, срок службы или другой показатель механизма
или передачи до модернизации, а Л/2; п2; Т2 и т. д. те же величины
для модернизированного станка, то можно найти соотношение меж¬
ду этими величинами для данных условий работы.Так, для тихоходных незакаленных деталей привода (шестерен
червячных передач, ременных передач) при v0 < 15 м/сек
можно считать, что величина предельной полезной нагрузки прак¬
тически не зависит от скорости и поэтому^	1Ъ*■	.N,4'	( )При влиянии на работу этих передач динамических нагрузок не¬
обходимо учитывать их скоростными коэффициентами kv или
обр-атной величиной — динамическим коэффициентом кд.ТогдаЛ"2 __ П<2 • Kv2 __ *2	,04N, n,.KVl nxK^411
Для подшипников скольжения допускаемое повышение Мощности
можно подсчитать по формуле:где t± и /2 — температура в подшипнике при соответствующем чис¬
ле оборотов.Расчеты на основе подобия позволяют сделать ориентировочные
выводы о возможностях при модернизации, после чего необходимы
расчеты слабых звеньев привода.Тщательные расчеты механизмов и деталей станка при модер¬
низации и при конструировании новых станков и применение про¬
грессивных принципов проектирования является необходимым ус¬
ловием для создания точных, высокопроизводительных и эконо¬
мичных станков.
тЛИТЕРАТУРА •1.	Азаревич Г. М. Выбор рациональной формы закругления торцов зубь¬
ев зубчатых'колес. С. и И., № 10, 1956.2.	Ананьин G. Г., А черкан Н. С. и др. (под редакцией Н. С. Ачерка-
на). Металлорежущие станки. Машгиз, 1957.3.	Андрушевич Ю. М. Влияние кинематики и конструкции привода на
характер переходных процессов станков С. и И., № 1, 1960.4.	А ч е р к а н Н. С. Расчет и конструирование металлорежущих станков.
Машгиз, 1952.5.	А х м е ч е т и др. Магнитсстрикционный привод микроподач, С. й И.,
.№ 1, 1960.6.	Балакшин Б. С. Технология станкостроения. Машгиз, 1949.7.	Беляев Н. М. Местные напряжения при сжатии упругих тел Сб. «Ин¬
женерные сооружения и строительная механика», изд. «Путь», 1924.8.	Биргер И. А. и др. Расчет на прочность деталей машин (справочное
пособие для конструкторов). Машгиз, 1959.9.	Болдин J1. А. Металлорежущие станки (вопросы эксплуатации). Маш¬
гиз, 1957.10.	Борисов Ю. С. Планово-предупредительиый ремонт в промышленно¬
сти СССР, Машгиз, 1949.11.	Ван Ч и-х а о. Исследование колебаний в зубофрезерном станке. Станко¬
инструментальный институт, Москва, 1960, диссертация.12.	Вейц В. Л., Чиряев В. И. Гидромеханические устройства для зажима
подвижных узлов тяжелых станков. С. и И., № 11, 1957.13.	Вейц В. Л. Электромеханические зажимные устройства тяжелых стан¬
ков. С. и И., № 7, 1959.14.	Власов А. Ф. Удаление пыли и стружки при обработке хрупких ма¬
териалов, Машгиз, 1961.15.	В от и ко в К. В. Жесткость станков, ЛОНИТОМАШ, 1940.16.	Гельфанд О. М. Влияние тепловыделения в круглошлифовальном
станке на точность его работы. С. и И., № 12, 1961.17.	Гер мар Р. Стандартные числа оборотов в передачах. Стандартгиз, 1936.18.	Гохблит № И. Унифицированные рАукторы для суппорта токарно¬
винторезных станков. С. и И., № 5, 1958.19.	Грановский Г. И. Кинематика резания, Машгиз, 1948.*	С. и И.—станки и инструмент, В. М. — Вестник машиностроения.413
20 Грановский Г. И., Трудов ПП., Кривоухов В. А., Ла¬
рин М. Н., Малкин А. Я. Резание металлов, Машгиз, 1954.21. Дащенко А. И., На ха пет ян Е. Г. Агрегатные станки, применяемые
в автомобильной промышленности (обзор), М., 1960. ^22 Дворецкий Ф. Г. Пластмассы в машиностроении. Машгиз, 1956.23.	Д е р я г и н Б. В., П у ш В. Э., Т о л с т о й Д. М. Теория скольжения твер¬
дых тел с периодическими остановками. «Журнал технической физики»,
вып. 6, 1956.24.	Д р о з д о в Н. А. К вопросу о вибрациях станка при токарной обработ¬
ке. С. и И., № 22, 1937.25.	Д р у ж и н с к и й И. А, Методы обработки сложных поверхностей на
металлорежущих станках. Машгиз, 1961.26.	Еникеев X. М. Жесткость металлорежущих станков ЦБТИ, МСС, 1950.27.	Е с и п е н к о Я. И. Механические вариаторы скорости. Госиздат, технич.
литературы УССР, 1961.28.	Заводу «Красный пролетарий» им. А. И. Ефремова 100 лет. С. и И., № 3,
1957.29.	3 а х а р о в а Е. И. Результаты исследования на трение и износ различ¬
ных пар при возвратно-поступательном движении. ЦБТИ, 1959.30.	3 у з а н о в Г. И. Агрегатные станки, Машгиз, 1948.31.	Иванов Е. П. О единой системе планово-периодического ремонта обо¬
рудования. В. М., № 3, 1951.32.	Ильницкий И. И. Колебания в металлорежущих станках и пути их
устранения. Машгиз, 1958.33.	Исследование колебаний металлорежущих станков при резании металлов,.
Сб. Машгиз, 1958.	*	134.	Каминская В. В., Решето в Д. Н. Приближенный расчет на круче¬
ние коробчатых брусьев с окнами в стенках. В. М., N° 2, 1960.35.	Каминская В. В., Левина 3. М., Решетов Д. Н. Станины и кор¬
пусные детали металлорежущих станков. Машгиз, 1960.36.	Кашепава М. Я. Современные координатнорасточные станки. Маш¬
гиз, 1961.37.	Каширин А. И. Исследование вибраций при резании металлов. Изд-во
Академии наук СССР, 1944.38.	Кильчевский Н. А. Теория соударения упругих тел. ГТТИ, 1949.39.	Киммельман Д, Н. Расчет деталей при переменных напряжениях.
Машгиз, 1950.40.	К о г е л ь П. Г. Автоматика переключения зубчатых передач станков ме¬
ханизмами центрального управления. С. и И., № 3, 1957;41.	Копицын В. И. Применение сварных стальных корпусных деталей в
металлорежущих станках. С. и И., № 12, 1961.42.	К о р о в ч и н с к и й М. В; Теоретические основы работы подшипников
скольжения. Машгиз, 1959. *	*43.	Кудинов В. А. Теория вибраций при1 резании. Сб. передовая •техноло¬
гия машиностроения. Изд-во Академии наук СССР, 1955. ‘44.	Кудинов В. А. и др. Выбор типа привода тяжелых карусельных стан¬
ков. С. и И., № 3 и № 7, 1957. “414
45.	Кудинов В. А. и Лисицын Н. М. Основные факторы, влияющие на
равномерность перемещений столов и суппортов станков при смешанном
трении. С. и И., № 2, 1962.46.	Л а п и д у с А. С. Применение пластмасс для направляющих станков.
ЦБТИ, 1956.47.	Левит Г. А. Расчет потерь на трение в приводах главного вращатель¬
ного движения станков. ЦБТИ, Москва, 1956.48.	Левина 3. М. и Решетов Д. Н. Расчет планшайб (круглых столов)
металлорежущих станков на жесткость. С. и И., № 8, 1958.49.	Л е в и т Г. А. Гидродинамический расчет направляющих прямолинейно¬
го и круглого движения. С. и И., № 9, 1958.50.	Л и Мин. Автоколебания в зубофрезерных станках. Труды ХПИ (КНР),
№ 1 и № 2, 1959.51.	Лисицын Н. М. Исследование устойчивости движения при сме¬
шанном трении. Труды кафедры «Станки Мосстанкина», вып. 4. Маш¬
гиз, 1961.52.	Л о у н. Расчет подшипников качения в опорах шпинделей станков. Ма¬
шиностроение за рубежом, N° 1, 1959.53.	Лурье А. И. Крутильные колебания в дизельных установках. Военмор-
издат, 1940.54.	Мазырин И. В. Фильтрующие устройства. С. и И., № 11, 1958.55.	Макаров А. И., Гладков К. М., Мильман Б. В., К о р и т ы с-
ский Я. И. Основы проектирования текстильных машин (общая часть).-
Машгиз, 1961.56.	Н и к и т и н, Б. В. Расчет динамических характеристик металлорежущих
станков. Машгиз, 1962.57.	П а л ь м г р е н. Шариковые и роликовые подшипники. Машгиз, 1949.58.	Пале й М. Б. Некоторые особенности динамики главного привода фре¬
зерного станка. С. и И., № 1, 1960.59.	Пономарев С. Д., Б и д е р м а н В. Л,, Лихарев К. К., Маку-
ш и н В. М., Малинин Н. Н., Ф е о д о с ь е в В. И. Основы современных
методов расчета на прочность в машиностроении, т. 1, Машгиз, 1950.60.	Поляков В. С., Б ар баш И. Д. Муфты. Конструкция и расчет. М.—
—Л., 1960.61.	Полторацкий И. М. и Голованов А. Д. Приемка металлорежу¬
щих станков,62.	Похоровский А. Д. Отсчетные механизмы координатнорасточных
станков. Машгиз, 1955. «63.	П о п о в и ч Б. Г. Роликовые подшипники для быстроходных и точных
металлорежущих станков. Машгиз, 1956.64.	П р о н и к о в А. С. Контактная задача для сопряженных поверхностей де¬
талей машин. Сб. XV — «Трение и износ в машинах». Изд. Академии наук,
1962.65.	Проников А. С. Износ и долговечность станков. Машгиз, 1957-66.	Проников А. С. Повышение долговечности станочного парка. Изд.. «Высшая школа», 1961.67.	Проников А. С. Методы кинематического и динамического проектиро-415
вання кулачковых механизмов автоматов. Сб. «Автоматостроение». Маш¬
гиз, 1959.68.	Проников А. С. К определению оптимальной структуры ремонтного
цикла оборудования. В. М., № 1, 1953!69.	Пуш В. Э. Малые перемещения в станках. Машгиз, 1961.70.	Решет о в Д. Н. Расчет деталей станков. Машгиз, 1945.71.	Решето в Д. Н. Детали машин. Машгиз, 1961.72.	Р е ш е т о в Д. Н. Методы снижения интенсивности колебаний в металло¬
режущих станках. Машгиз, 1948.73.	Решет о в Д. Н. Фрикционные передачи и вариаторы. Справочник маши¬
ностроителя, т. IV. Машгиз, 1956.74.	С а верин М. М. Контактная прочность материала в условиях одновре¬
менного действия нормальных и касательных нагрузок. Машгиз, 1946.75.	Савинов О. А. Фундаменты под машины. Стройиздат, 1955.76 Сидоров А. И. Основные принципы проектирования и конструирования
машин, М. «Макиз», 1929.77.	Смазка металлорежущих станков. Справочное пособие. Машгиз, 1956.78.	Соколов Ю. Н. Гидродинамический расчет многовкладышных подшип¬
ников скольжения с самоустанавливающимися вкладышами. С. и И., № И,
1961.79 С о к о л о в Ю. Н. Температурные деформации корпусных деталей станков.
С. и И., № 10, 1957.80.	Соколов Ю. Н. Тепловой расчет дисковых муфт и тормозов, С. и И.,
№ 1, 1957.81.	Соколов Ю. Н. Тепловой расчет подшипников скольжения, С. и И.,
№ 10, 1958.82 Соколовски й.А. П. Жесткость в технологии машиностроения. Машгиз,
1946.83.	Соколовский А. П. Научные основы технологии машиностроения.
Машгиз, 1955.84.	Соболев Н. П. Оптика в металлорежущих станках. Машгиз, 1958.85.	Справочник механика машиностроительного завода (под редакци¬
ей Ю. С. Борисова, А. П. Владзиевского и Р. А. Носкина). Маш¬
гиз, 1958.86.	Теодор чик К. Ф. Автоколебательные системы, изд. 3-е. Гостехиздат,
1952.87.	Тимошенко С. П. Колебания в инженерном деле. Физматгиз, 1959.88.	Тлустый И. Автоколебания в металлорежущих станках. Машгиз, 1956.89.	X р у щ о в М. М. и Б а б и ч е в М. А. Исследования изнашивания металлов.
Изд. Академии наук СССР, 1960.9G Худоб и н Л. В. Повышение точности малых перемещений. С. и И:,
№ 2, 1957.91	Ш а у м я н Г. А. Автоматы и автоматические линии. Машгиз, 1961.92	Штерн П. Т. Применение полимерных материалов в станках модели
1К62. С. и И., № 10, 1961.93	ШейнбергС. А., Харитонов А. М. Аэродинамические опоры для
высокоскоростных двигателей и турбин. В. М., № 9, 1958.416
94	Э л ь я с б е р г М. Е. Об устойчивости процесса резания. И:»в Академии на¬
ук, № 9, 1958.95.	ЭНИМС, Единая система планово-предупредительного ремонта и эксплуа¬
тации технологического оборудования машиностроительных предприятий*
Машгиз, 1957.96.	Энциклопедический справочник «Машиностроение», т. 9. Машгиз, 1949.97.	Ger mar R. Die Getriebe fur Normdrehzalen Berlin, Springer Verlag,
1932.98.	Mottu A. Quelques problemes relatips aux machines a pointer. Machine
Moderne 2, 1957.99.	Salje. Self — Excited Vibrations of Systems with two degrees of
freedom. ASM E, May, 1956.100.	Schwert F. Spanende Werkzeugmaschinen Springer Verlag (Hottingen)
Heidebburg, 1956.101..Sp ec tor L. F. Mechanical Adjustable Speed Driver, Machine Design № 4,
No 6, 1955. -102.	Tauber H., Henkel W. Thermische Formanderungen an Schleifma-
shinen. Maschinenbautechnik April, 1960.103.'Vogel	p о h I. Betriebssichere Gleitlager,
ОГЛАВЛЕНИЕВведение	‘ 3Часть I. Общие требования, предъявляемые к станкамГлава 1. Технические характеристики станков 		8§ 1. Технологические параметры станков 			81.	Разнообразие типов металлорежущих станков 		82.	Классификация станков по методам обработки 		93.	Степень концентрации операций в станке 		11§ 2. Основные технические характеристики станков 		141.	Система обозначения моделей станков, принятая в СССР . .	14*	2. Размеры и вес станков 		151 3. Универсальность станков 	,	154.	Классы точности станков 		185.	Кинематические и силовые характеристики станка 		196.	Степень автоматизации станков 		207.	Коэффициент полезного действия станков		21Глава 2. Критерии оценки станков 		23§ 1. Качество продукции и производительность станка—основные кри¬
терии его оценки 		231.	Точность станков 		232.	Производительность станков 		263.	Влияние режимов работы станка на его производительность и
качество продукции . 			29§ 2. Прочность и долговечность станков 			301.	Основные виды повреждений деталей станков 		302.	Прочность деталей станков 		343.	Специфика расчетов деталей станков на прочность		384.	Долговечность станков		425.	Специфика расчетов деталей станков на изнашивание ...	446.	Основные методы проектирования долговечных станков . .	48
§ 3. Жесткость и виброустойчивость станков 		511.	Жесткость станков . 			512.	Основные мероприятия по повышению жесткости станков .	573.	Специфика расчета станков на жесткость 		594.	Вынужденные и параметрические колебания станков ...	625.	Автоколебания станков 		646.	Фрикционные колебания 			687.	Температурные деформации станков . .		 .	69§ 4. Материалы, применяемые для деталей станков 		731.	Корпусные детали . . .•			732.	Ответственные детали механизмов, несущих нагрузки ...	74418
3.	Пары трения скольженргя 		754.	Детали, работающие в условиях контактных нагрузок . . .	7(.)5.	Малоответственные и малонагруженные детали 		80Часть II. Привод станковГлава 3. Коробки скоростей 				82§ 1. Структура коробок скоростей и графоаналитический метод ихрасчета 			821.	Назначение коробки скоростей 		822.	Элементарные передачи коробок скоростей 			843.	Ряды чисел оборотов 		854.	Стандартные (нормальные) ряды чисел оборотов 		885.	Определение передаточных отношений и чисел зубьев ше-' стерен коробок скоростей 		90S. Графоаналитический метод кинематического расчета коробокскоростей	*	947.	Выбор структурного варианта 		978.	Пример кинематического расчета коробки скоростей ...	99
§ 2. Основные типы коробок скоростей 		1021.	Конструктивное оформление коробок скоростей		1022.	Коробки скоростей с передвижными блоками шестерен и фрик¬
ционными муф1*ами		1053.	Коробки скоростей с переборами 		1084.	Коробки скоростей с многоскоростными и регулируемыми
электродвигателями 		1125.	Коробки скоростей со сменными шестернями •		1156.	Коробки скоростей с фрикционными вариаторами 		116§ 3. Специфика расчетов передач и деталей коробок скоростей . • .	1181.	Выбор расчетных усилий, действующих в коробке скоростей	1182.	Влияние структуры и конструкции коробки скоростей на воз¬
никающие динамические нагрузки 		1223.	Указания по расчету зубчатых передач 		1254.	Указания по расчету валов и подшипников коробок скоростей	128Глава 4. Коробки подач 			129§ 1. Элементарные передачи коробок подач 		1291.	Назначение коробок подач и требования к их передачам ...	1292.	Передачи со ступенчатым конусом шестерен 		1313.	Передачи с передвижными блоками шестерен 		1334.	Передача типа «меандр» . 		. 			1355.	Передачи со связанными шестернями ...........	136§ 2. Основные типы коробок подач 			1391.	Типы коробок подач 					1392.	Коробки подач, обеспечивающие геометрический ряд ....	1423.	Коробки подач, обеспечивающие точные передаточные отно¬
шения 			 .	1424.	Пример расчета коробки подач для нарезания резьб . . ...	1445.	Коробки подач с бесступенчатым регулированием .....	1486.	Указания по расчету деталей каробок подач 		151Часть III. Базовые узлы и детали станковГлава 5. Шпиндельные узлы станков 				154§ 1. Шпиндели станков 			1541.	Конструкция шпинделей и выбор типа привода на шпиндель	1542.	Расчет шпинделей на жесткость 		1563.	Виброустойчивость шпинделей				1594.	Требования, Предъявляемые к опорам Шпинделей 		161•419
§ 2. Подшипники скольжения шпинделей 			1631.	Обычные конструкции подшипников скольжения шпинделей	1532.	Расчет подшипников на жидкостное трение 		1043.	Тепловой расчет подшипников скольжения 		1684.	Специальные подшипники скольжения шпинделей 		169§ 3. Подшипники качения шпинделей . . 			1771.	Типы шпиндельных подшипников качения 		1772.	Конструкция опор качения шпинделей 		1803.	Специфика расчета шпиндельных подшипников качения . . .	183Глава 6. Корпусные детали станков *. 			184§ 1. Неподвижные корпусные детали (станины, стойки, коробки, крон¬
штейны) 			1851.	Конструктивные формы станин 			1852.	Расчет станин на жесткость 			 .	1873.	Корпуса коробок скоростей и подач 			1934.	Поддерживающие кораусные детали (траверсы, кронштейны,
перекладины консоли) 		1945.	Температурные деформации станин и других корпусных
деталей				196§ 2. Подвижные корпусные узлы и детали (столы, суппорты, ползуны,планшайбы)				1981.	Столы 				1982.	Суппорты, и ползуны . , .......... , 			1993.	Планшайбы и .поворотные столы . . 			 . .	204Глава 7. Направляющие станков 			206§ 1. Конструкции направляющих станков . 			2061.	Типы направляющих скольжения для прямолинейного дви¬
жения . 			 . 			2062.	Направляющие скольжения для кругового движения . . .	2083.	Направляющие качения 		" . .	211§,2. Расчет направляющих станков 			2131.	Определение эпюры удельных давлений в направляющих .	2132.	Распределение удельных давлений между гранями направля-	,
ющих 				2153.	Определение формы изношенной поверхности направляющих
поступательного движения 				2194.	Специфика расчета круговых направляющих скольжения . .	2245.	Расчет направляющих качения 			227§ 3. Основные методы повышения долговечности направляющих	2281.	Влияние износа направляющих на точность обработки . .	2282.	Компенсация износа направляющих . . 			 . .	2303.	Рациональные условия эксплуатации направляющих . . .	2324.	Уменьшение неравномерности износа направляющих . . .	234Часть IV. Механизмы станковГлава 8. Механизмы перемещения рабочих органов станка .	236§ 1. Механизмы возвратно-поступательных перемещений .....	2361.	Механизмы, обеспечивающие постоянную скорость перемещения	236
' 2. Механизмы, обеспечивающие определенный закон движениярабочего органа 		2393.	Механизмы для малых перемещений 			 .	2454.	Равномерность и точность малых перемещений 		248§ 2. Механизмы круговых и криволинейных перемещений .....	2511.	Червячные пары делите^Йвых цепей ... * . . . . . ; . .	2512.	Механизмы периодического поворота ........ ■. .	2513.	Копировальные и пантографные устройства . . . , . . . ■ ♦	254420
Глава 9. Механизмы изменеТгия скоростей . . .. 			255§ 1. Механизмы ступенчатого изменения скоростей 	. .	2551.	Передвижные блоки шестерен, кулачковые и *зубчатые муфты	2Г>Г>2.	Фрикционные муфты и тормозы 			2583.	Реверсивные механизмы 				261§ 2. Механизмы бесступенчатого регулирования скоростей ....	2631.	Преимущества и способы бесступенчатого регулирования ско¬
ростей 		*		2632.	Типы фрикционных вариаторов 		2653.	О расчете фрикционных вариаторов 			273Глава 10. Механизмы обеспечения точности обработки ....	274§ 1. Отсчетные механизмы 		2741.	Механические отсчетные устройства 		 . '	2742.	Оптические отсчетные устройства 		2753.	Электроиндуктивные механизмы отсчета 			2774.	Оптико-электрические механизмы отсчета		2785.	Точность отсчетных механизмов . 			279§ 2. Механизмы обеспечения точности положения и движения рабо¬
чих органов 			2801.	Механизмы коррекции 	в		280^ 2. Механизмы зажима столов и траверс 		 . .	2833.	Механизмы точной остановки и фиксации рабочих органов	285§ 3. Механизмы компенсации изменившихся параметров .....	2871.	Механизмы регулировок 			2872.	Механизмы компенсации износа инструмента 		292Глава 11. Механизмы управления и блокировки .......	293§ 1. Механизмы управления 			 . .	2931.	Типы механизмов управления и требования, предъявляемыек ним		• 2932.	Рукояточное управление 			2933.	Система переключения скоростей с автоматическим реверсив¬
ным импульсным устройством 		2994.	Управление с предварительным выбором скоростей (преселек-
тивное управление)	•	. . .	3015.	Кнопочное управление 	Q . . .	3036.	О механизмах автоматического управления 		304§ 2. Механизмы блокировки и предохранения от перегрузок . . .	3061.	Механизмы блокировки 			3062.	Механизмы предохранения от перегрузок 		307Часть V. Общие вопросы проектирования станковГлава 12. Компоновка станков 		 . . . .	310§ 1. Типовые компоновки станков 		 . . .	3101.	Целевые узлы станка 			3102.	Основные принципы компоновки однопозиционных станков .	3113.	Основные принципы компоновки многопозиционных станков	313
§ 2. Основные факторы, влияющие на компоновку станков ....	3151.	Усилия резания, действующие при обработке .......	3152.	Движение в станках и методы их осуществления .....	3163.	Обеспечение требуемых технических характеристик . . . .-	3234.	Эксплуатационные и экономические характеристики . . .	3235.	Архитектура станков 			 .	324§ 3. Примеры компоновки и анализ усилий, действующих на основныеузлы станков 				 .	324421
1.	Строгальные станки 	*		3242.	Токарные станки 		3273.	Зубофрезерные станки 		332Глава 13. Проектирование и освоение новых станков .....	336§ 1. Основные этапы и прогрессивные методы проектирования станков	3361.	Исходные данные для проектирования станков 		3362.	Основное этапы проектирования станков		3373.	Изготовление и освоение новых образцов 		3404.	Унификация моделей станков 		3405.	Создание агрегатных станков 		342§ 2. Развитие и совершенствование конструкций станков на примеребазовых токарных станков завода «Красный пролетарий» . . .	3451.	Токарные станки, выпускавшиеся заводом до 1956 г. . . .	3452.	Токарно-винторезный станок модели 1К62 		3493.	Направления конструктивного развития токарных станков . .	351
§ 3. Пример разработки новых моделей станков из опыта отече¬
ственного станкостроения 		3521.	Новые модели горизонтальнорасточных станков заводаим. Свердлова			3522.	Анализ направлений в развитии лучших моделей станков
данного типа и размера 			3553.	Основные технические характеристики и конструктивные осо¬
бенности станков моделей 2620 и 2622		 . . . .	356§ 4. Оценка экономичности проектируемых станков 		3631.	Себестоимость продукции — основной показатель экономич¬
ности процесса		3632.	Оценка экономической эффективности создания новых станков	3653.	Пример расчета экономической эффективности внедрения
нового станка		366Часть VI. Эксплуатация и ремонт станковГлава 14. Эксплуатация станков 		372§ 1. Подготовка станков к эксплуатации 		3721.	Проверка работы станка и его механизмов 		3722.	Испытание станков на точность и жесткость 		3743.	Фундаменты станков 		3794.	РасчетЧ|)ундаментов Г		381§ 2. Эксплуатация и обслуживание станков 			 .	3841.	Техника безопасности при работе на станках	3842.	Смазка станков 			3853.	Рациональные методы эксплуатации станков 			3904.	Контроль за износом ответственных деталей станков в период
эксплуатации 			392Глава 15. Ремонт и модернизация станков		 . .	395§ 1. Ремонт станков		3951.	Система планово-предупредительного ремонта (ППР) . . .	3952.	Установление предельных износов и сроков службы деталей
станков 		3983.	Выбор рациональных параметров ремонтной системы . . .	401
§ 2. Модернизация станков 		4041.	Направления модернизации станков 			4042.	Примеры модернизации станков 		4083.	О расчетах при модернизации 		410Литература 				413
Александр Сергеевич ПрониковРАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВРедактор издательства Д. Я. Коптевский
Художественный редактор Н. К. Гутеров
Технический редактор Р. К. Воронина
Корректор В. А. ОрловаСдано в набор 11/VI1-62 г. Подписано к печати 28/XI-62 г.
Бумага 60X90Vie- 26,5 печ. л. -f 6 вклеек. 26,61 уч.-изд. л.
Тираж 25000. Т— 10593. Изд. № от/344. Цена 90 коп.Государственное издательство «Высшая школа»,
Москва, К*62, Подсосенский пер., 20.Полиграфкомбинат Саратовского совнархоза,
г. Саратов, ул. Чернышевского, 59.Заказ 152