РЕЗАНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ,
мамшмвмаммаа>мммыжм*жа«жшмаавяааапааамшамяммм
РЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ И СТАНКИ
Р 34
УДК 621.9.06
Резание конструкционных материалов, режущие
инструменты и станки. Под ред. проф. П. Г. Петрухи.
Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1974,
616 с.
В учебнике изложен комплексный курс по обра-
ботке конструкционных материалов, режущим инстру-
ментам и станкам. Рассмотрены вопросы обрабаты-
ваемости высокопрочных и жаростойких металлов и
их сплавов, неметаллических материалов. Освещены
основные достижения науки и техники в металлообра-
ботке и станкостроении. Приведены сведения о новых
моделях, станков с программным управлением, автома-
тах, агрегатных станках и автоматических линиях.
Рассмотрены новые способы обработки — электро-
эрозионная, электрохимическая, ультразвуковая, элек-
тронно-лучевая, лазерная и даны рекомендации по их
рациональному применению.
Книга предназначена в качестве учебника для сту-
дентов высших учебных заведений по специальности
«Авиационные двигатели».
Табл. 22 ил. 489, список лит. 47 назв.
Авторы книги: |в. а. кривоухов,п. г. петруха,
Б. Е. БРУШТЕЙН, ;с. В. ЕГОРОВНА. Г. ЧЕРВЯКОВ, А. И. МАРКОВ,
П. Д. БЕСПАХОТНЫЙ, М. А. МЯКИШЕВ, А. Д. ЧУБАРОВ.
Рецензент: Кафедра резания металлов и режущего
инструмента Уфимского авиационного ин-
ститута
31304-085
038(01)-74
85-74
© Издательство «Машиностроение», 1974 г.
Веж Ъу
oyitiog
Введение
В современном машиностроении и приборостроении находят
широкое применение новые методы обработки, новые конструкции
и виды режущего инструмента и металлорежущих станков. Непре-
рывно повышается доля процессов чистовой обработки, определяю-
щих точность изготовления, шероховатость поверхности и физико-
механические свойства поверхностного слоя деталей, которые
имеют чрезвычайно большое значение для достижения высоких
эксплуатационных качеств изделий.
Второе издание учебника «Резание конструкционных материа-
лов, режущие инструменты и станки» переработано и дополнено
с учетом последних достижений тех ники в металлообрабатывающей
промышленности.
Учебник состоит из двух разделов. В первом разделе — реза-
ние и режущие инструменты — рассматриваются: современные ин-
струментальные материалы, физические явления, возникающие
в процессе резания, связи между обрабатываемостью материалов
и их свойствами, оптимизация условий обработки. Большое внима-
ние уделяется обрабатываемости высокопрочных и жаропрочных
материалов и сплавов. Рассматриваются силы, возникающие при
резании, стойкость и скорость резания, допускаемые режущими
инструментами, методика назначения рациональных режимов ре-
зания при различных видах обработки, основные конструкции
режущего инструмента и методы расчетов некоторых инстру-
ментов.
Большое внимание уделено вопросам абразивной обработки.
Приводятся сведения о современных абразивных и алмазных ин-
струментах и даются рекомендации по их применению. В этом же
разделе рассматриваются электрофизические и электрохимические
методы обработки, находящие широкое применение при размерной
обработке труднообрабатываемых материалов.
Во втором разделе — металлорежущие станки — рассматри-
ваются: классификация станков, разновидности приводов станков
для ступенчатого и бесступенчатого регулирования скоростей, кон-
струкции отдельных типов станков общего и специального назна-
чения, методика настройки станков. Большое внимание уделяется
рассмотрению автоматов и полуавтоматов, агрегатных станков и
3
автоматических станочных линий, станков с программным управ-
лением и станков для физико-химических методов обработки.
Процесс резания представляет собой комплекс чрезвычайно
сложных явлений, зависящих от физико-механических свойств
обрабатываемого материала, качества режущего инструмента,
состояния станка, жесткости системы станок — приспособление —
инструмент — деталь (СПИД) и др.
Процесс резания металлов сопровождается пластическими и
упругими деформациями, разрушением, трением и тепловыделе-
нием. Для обеспечения высокой производительности и экономич-
ности процесса резания, а также для правильного и рационального
расчета, конструирования и эксплуатации металлорежущих стан-
ков, инструмента и приспособлений необходимо глубокое знание
закономерностей и явлений, сопровождающих процесс резания.
Первые теоретические и экспериментальные исследования
процесса резания были проведены в 1868—1869 гг. в России проф.
И. А. Тиме. Он впервые провел исследования процесса стружко-
образования и создал схему этого процесса. И. А. Тиме предложил
формулы для определения силы резания и усадки стружки. Иссле-
дования, начатые И. А. Тиме, были продолжены П. А. Афанасье-
вым и А. В. Гадолиным. В теоретических исследованиях процесса
резания П. А. Афанасьев впервые учитывал силы трения по перед-
ней и задней поверхностям резца.
Значительный вклад в развитие науки о резании металлов
внес проф. К. А. Зворыкин. Он создал схему сил, действующих на
резец в процессе резания, с учетом сил трения по передней и зад-
ней поверхностям резца и вывел формулу для определения вели-
чины силы резания. К. А. Зворыкин сконструировал и впервые при-
менил в своих экспериментальных исследованиях самопишущий
гидравлический динамометр.
В 1896 г. вышла в свет монография А. А. Брикса, в которой
приведены результаты теоретической разработки и обобщения
основных вопросов механики процесса резания.
Первые исследования влияния смазочно-охлаждающих жидко-
стей на процесс резания, а также исследования тепловых явлений
при резании металлов были проведены Н. Н. Саввиным в 1905—
1910 гг.
Крупный вклад в развитие методов экспериментального иссле-
дования процесса резания металлов был сделан мастером механи-
ческих мастерских Петербургского политехнического института
Я. Г. Усачевым. Он впервые применил металлографический метод
для изучения процесса стружкообразования, выявил действие
нароста на стружкообразование. Проведя большие исследования
по вопросу тепловыделения при резании металлов и применив
в своих исследованиях калориметр и созданные им термопары
(используемые и в настоящее время), Я. Г. Усачев изучил влия-
ние различных факторов на тепловыделение и на температуру
нагрева резца, обрабатываемой детали и стружки.
4
Научное наследие русских ученых оказало определяющее
влияние на развитие науки о резании металлов в пашей стране.
После Великой Октябрьской социалистической революции работы
в области обработки металлов резанием начались с восстановления
и создания новых лабораторий. В лабораториях с развитием науч-
ных исследований росли и крепли кадры исследователей, тем са-
мым закладывались основы советской научной школы высокопро-
изводительной обработки металлов резанием.
В годы первой пятилетки начинается бурное развитие машино-
строения как основы индустриализации страны. Значительно
возрастает парк металлорежущих станков, увеличивается объем
обработки металлов резанием, внедряются новые методы обра-
ботки, появляются новые инструментальные материалы и кон-
струкции режущих инструментов. С освоением производства новых
видов машин появлялись новые конструкционные материалы,
в частности легированные стали, ковкий чугун, легкие сплавы.
В связи с этим возникло большое количество теоретических и прак-
тических задач, касающихся процесса резания. Все это потребо-
вало значительного расширения научно-исследовательских работ
в области резания металлов. Создаются новые лаборатории реза-
ния на заводах, в отраслевых научно-исследовательских институ-
тах, в учебных заведениях
В 1936 г. при Техническом Совете НКТП была создана Комис-
сия по резанию металлов в составе: Е. П. Надеенской (председа-
тель), А. И. Каширина, В. А. Кривоухова, И. М. Беспрозванного
и С. Д. Тишина. В течение пяти лет Комиссия по резанию метал-
лов являлась всесоюзным центром по планированию и координа-
ции всех научно-исследовательских работ по резанию металлов
в Советском Союзе. За эти годы было выполнено около 250 научных
исследований и обобщен передовой опыт заводов. Исследования
проводились коллективами, возглавляемыми А. В. Панкиным,
С. Ф. Глебовым, В. Д. Кузнецовым, В. А. Кривоуховым, Н. И. Рез-
никовым, М. Н. Лариным, П. П. Трудовым и др.
Большим вкладом Комиссии по резанию металлов, сохранив-
шим свое значение и до настоящего времени, является разработка
единой методики экспериментального исследования основных
стойкостных и силовых зависимостей. За время деятельности Ко-
миссии под ее научно-методическим руководством были впервые
разработаны справочные материалы по режимам резания для всех
видов инструмента. Справочники были положены в основу госу-
дарственных нормативов по режимам резания. Разработанные
руководящие материалы по режимам резания и результаты много-
численных теоретических и экспериментальных исследований
нашли широкое применение в промышленности в годы Великой
Отечественной войны, способствуя повышению производитель-
ности труда рабочих оборонной промышленности.
Большое значение имело развитие инженерных методов рас-
чета оптимальных режимов резания. Несмотря на некоторые недо-
5
статки разработанных эмпирических формул, они были существен-
ным достижением, так как позволяли сравнительно просто рассчи-
тывать важные для практики характеристики процесса резания.
Как в довоенный период, так и в течение первого десятилетия
после Великой Отечественной войны были развернуты исследова-
ния по широкому внедрению в производство твердосплавного
инструмента. Были созданы новые марки твердых сплавов и их
модификации, позволившие значительно повысить применяемые
режимы резания.
Основы конструирования и расчета режущего инструмента
разработаны коллективами Московского станкоинструментального
института, Всесоюзного научно-исследовательского инструмен-
тального института (ВНИИ), Всесоюзного научно-исследователь-
ского института абразивов и шлифования (ВНИИАШ), Москов-
ского высшего технического училища им. Баумана (МВТУ), за-
водов «Фрезер», Московского инструментального завода (МИЗ)
и др. при непосредственном участии таких ученых, как И. И. Се-
менченко, Г. И. Грановский, В. М. Матюшин, С. С. Четвериков
и др.
В послевоенные годы в машиностроении началось освоение
новых типов турбин, двигателей, химических аппаратов, атомных
реакторов и другого оборудования,, работающего при высоких тем-
пературах, в агрессивных средах и других специфических усло-
виях. В связи с этим возникла необходимость обработки большого
количества деталей из новых жаропрочных, нержавеющих, эро-
зионностойких, тугоплавких и других специальных сталей и спла-
вов. Эти стали и сплавы, как правило, обладают низкой обрабаты-
ваемостью и требовали нового подхода к выбору рациональных
условий обработки резанием.
Благодаря трудам В. А. Кривоухова, Г. И. Грановского,
Н. Н. Зорева, А. И. Исаева, Т. Н. Лоладзе, В. Ф. Боброва и дру-
гих ученых были созданы теоретические основы процесса резания.
Многие положения механики процесса резания, разработанные
советскими учеными, получили признания в других странах.
Повышение быстроходности, долговечности и надежности ма-
шин потребовало повышения точности обработки и улучшения ка-
чества обработанной поверхности. В связи с этим проведено много
работ по изучению вопросов размерной стойкости инструмента.
Изучается влияние различных факторов на наклеп и остаточные
напряжения в поверхностном слое обработанной детали, а также
природа колебаний, возникающих при резании металлов.
Проведена большая работа и достигнуты значительные успехи
в области теории процесса резания с малыми толщинами среза.
Много внимания уделялось развитию и исследованию чистовых
операций, в том числе различных методов абразивной обработки.
Были созданы новые методы обработки — электрофизические и
электрохимические. Совокупность перечисленных решений и дру-
гих, не упомянутых выше, составили тот капитальный вклад в на-
6
учное познание физических явлений, протекающих в процессе ре-
зания, который укрепил теоретические основы и предопределил
современный высокий уровень режимов резания на отечественных
машиностроительных заводах.
Большой вклад в разработку теории процесса резания и укреп-
ление ее связи с практикой внесли лаборатории заводов (ЗИЛ,
ГАЗ, УЗТМ и др.), научно-исследовательских институтов
(ЦНИИТМАШ, ВНИИ, ЭНИМС, ВНИИАШ и др.), а также высших
учебных заведений, в частности Томского политехнического ин-
ститута, Московского высшего технического училища, Ленин-
градского политехнического института, Киевского политехниче-
ского института, Московского авиационного института, Куйбы-
шевского авиационного института, Харьковских авиационного и
политехнического институтов, Московского станкоинструменталь-
ного института, Уфимского авиационного института и др.
Приоритет в создании первых металлорежущих станков при-
надлежит русским изобретателям. Еще в начале XVIII в. в России
были талантливые станкостроители, создавшие ряд конструкций
металлорежущих станков. Среди выдающихся механиков этого
времени особое место занимает А. К. Нартов. Он считается первым
создателем металлорежущих станков. Оригинальные станки Нар-
това — токарные, токарно-винторезные, копировальные, изготов-
ленные в 1712—1729 гг., сохранились до нашего времени. В ле-
нинградском музее «Эрмитаж» хранятся два токарных станка,
изготовленных по проектам и под непосредственным руководством
А. К. Нартова в начале XVIII в. Станки Нартова сохранились
также в Парижском национальном музее искусства и ремесел,
в Венском музее. Честь изобретения самоходного (механического)
суппорта токарного станка принадлежит А. К. Нартову.
Ряд оригинальных станков с водяным приводом для сверления
пушечных стволов построил в начале XVIII в. на Тульских ору-
жейных заводах изобретатель Сидоров-Красильников. На этом же
заводе в начале XVIII в. Я. Батищев создал многошпиндельные
станки, применил многопозиционную обработку. На некоторых
станках Батищева одновременно обрабатывалось до 24 ружейных
стволов.
В отечественное станкостроение внес вклад и великий рус-
кий ученый М. В. Ломоносов. В середине XVIII столетия он изоб-
рел сферотокарный станок для обработки отражательных поверх-
ностей металлических зеркал. Ряд станков был создан И. И. Пол-
зуновым.
В XIX в. славные традиции русских машиностроителейXVIII в.
продолжались другими изобретателями. Станки для обработки
отверстий большого диаметра и винторезные станки сконструиро-
вал и построил Л. Собакин. Целую гамму полуавтоматических
станков с гидравлическим приводом создал А. Сурнин.
В 1817 г. с помощью операционных станков, созданных Л. Со-
бакиным, А. Сурниным, П. Захаво и др., Тульский оружейный
7
завод освоил производство взаимозаменяемых деталей для
ружей.
Нашей Родине принадлежит приоритет в создании научных
основ станкостроения. Русский академик А. В. Гадолин впервые
в мире (в 1876 г.) строго математически доказал, что наилучшей
эксплуатационной характеристикой будет обладать станок, у ко-
торого числа оборотов (частота вращения) шпинделя составляют
ряд геометрической прогрессии. Этот закон впоследствии был рас-
пространен на числа двойных ходов и на ряды подач и находит
применение в современном станкостроении.
Изобретения и работы станкостроителей в дореволюционной
России открывали отечественному станкостроению широкий путь
развития, идя по которому, оно легко могло бы опередить зарубеж-
ное станкостроение. Однако царское правительство не принимало
мер по развитию этой важнейшей отрасли промышленности. Ни
одного специального станкостроительного завода в дореволюцион-
ной России не было. В 1913 г. в России было изготовлено примерно
1500 станков. Потребность в станках удовлетворялась главным
образом ввозом их из-за границы.
Лишь после Великой Октябрьской социалистической революции
Коммунистическая партия и Советское правительство проявляли
неустанную заботу о реконструкции и создании новой станкострои-
тельной промышленности, как основы всего машиностроения. Осо-
бенно бурное развитие советское станкостроение получило в ре-
зультате решений, принятых XIV съездом нашей партии. В поли-
тическом отчете ЦК ВКП(б) XIV съезду партии было сказано,
что необходимо превратить нашу страну из аграрной в индустри-
альную, способную производить своими собственными силами
необходимое оборудование.
К концу первой пятилетки в СССР имелось восемь больших
специализированных станкостроительных заводов, среди которых
широко известные в нашей стране и далеко за ее пределами заводы
«Красный пролетарий», им. Орджоникидзе, завод «Комсомолец»
и др.
В 1932 г. в СССР было изготовлено 19 700 металлорежущих
станков, что в 13 раз превысило выпуск станков в России в 1913 г.
В 1933 г. был создан экспериментальный научно-исследователь-
ский институт металлорежущих станков (ЭНИМС), являющийся
научным центром по конструированию и исследованию металло-
режущих станков. Успехи в развитии станкостроения позволили
создать новые отрасли советского машиностроения, ускорить ин-
дустриализацию страны и усилить ее обороноспособность.
Большой вклад в развитие отечественного станкостроения
внесли советские ученые В. И. Дикушин, Н. С. Ачеркан, Д. Н. Ре-
шетов, Г. А. Шаумян и др.
Основной задачей станкостроения является значительный рост
количества выпускаемых станков, увеличение типажа, повышение
их качества и надежности. Следует отметить, что в СССР впервые
•8
в мировой практике станкостроения изготовление металлорежущих
станков организовано методом крупносерийного производства.
При общем росте выпуска станков большое внимание уделялось
производству прецизионных станков, тяжелых станков, станков
для электрофизических и электрохимических методов обработки,
автоматических линий, станков с программным управлением. Вы-
пуск прецизионных станков в 1970 г. доведен до 47 тыс., из ко-
торых 12,5 тыс. — станки высокой и особо высокой точности.
В СССР освоен выпуск тяжелых станков. Выпускаются станки
карусельные для обработки деталей диаметром до 20 м, зубофре-
зерные — для обработки деталей диаметром до 12,5 м и др. Со-
ветское станкостроение выпускает самые большие станки в мире.
Станкостроительные заводы СССР освоили производство высо-
копроизводительных станков для электрофизических и электро-
химических методов обработки конструкционных материалов.
Крупные эрозионные станки, выпускаемые в СССР, имеют произ-
водительность до 15—20 тыс. мм3/мин и являются самыми высо-
копроизводительными станками в мире. В СССР непрерывно ра-
стет выпуск автоматических и полуавтоматических станочных
линий.
Машиностроение в нашей стране является одной из ведущих
отраслей промышленности и по объему производства занимает
первое место в Европе и второе место в мире. Машиностроение
является материальной основой народного хозяйства страны.
В решениях XXIV съезда КПСС по девятому пятилетнему
плану указано, что главной задачей машиностроения является
обеспечение всех отраслей промышленности высокоэффективными
машинами и оборудованием.
Решающая роль в техническом перевооружении машинострое-
ния принадлежит станкоинструментальной промышленности.
К 1975 г. предусмотрено довести производство металлорежущих
станков до 230—250 тыс. шт. Намечено заменить устаревшее ме-
таллообрабатывающее оборудование на 25—30%. Значительно
будет увеличен выпуск станков для шлифования и финишной
обработки, а также станков высокой и особо высокой точности.
Производство автоматических и полуавтоматических линий для
машиностроения возрастет в 1,6 раза. Особое внимание уделяется
созданию и производству станков с числовым программным управ-
лением. В девятой пятилетке намечено не менее чем в 3,5 раза
увеличить выпуск станков с числовым программным управлением,
которые позволят повысить производительность труда в 3—4 раза.
Многие станки, выпускаемые отечественными станкострои-
тельными заводами, удостоины Государственного Знака качества;
среди них станки завода «Красный Пролетарий» Московского
станкозавода им. С. Орджоникидзе, Ленинградского завода
им. Свердлова, Егорьевского станкозавода «Комсомолец» и др. Ряд
моделей наших станков отмечен дипломами и медалями на между-
народных выставках.
9
Раздел 1.
Резание и режущие инструменты
Глава I
Инструментальные материалы
Одним из главных условий высокопроизводительной работы
режущего инструмента является правильный выбор материала для
его изготовления, технологии термической обработки и методов
заточки и доводки рабочих поверхностей. При выборе материала
для режущих инструментов исходят из условий достижения высо-
кой производительности, требований точности обработки и каче-
ства обрабатываемых поверхностей.
К инструментальным материалам, применяемым для изготовле-
ния режущей части инструмента, предъявляются следующие тре-
бования: 1) высокие механические свойства (особенно прочность на
изгиб и твердость); 2) высокая износостойкость, заключающаяся
в способности инструментальных материалов сопротивляться изна-
шиванию в работе; 3) высокая теплостойкость — свойство инстру-
ментальных материалов сохранять свою твердость, а следова-
тельно, и режущие свойства при высокой температуре нагрева
в течение длительного периода времени.
Наша промышленность производит ряд инструментальных
материалов, которые обладают указанными свойствами, а именно:
1) углеродистые и легированные инструментальные стали; 2) бы-
строрежущие стали; 3) металлокерамические твердые сплавы;
4) минералокерамика; 5) абразивные материалы * и 6) алмазы.
§ 1.	Инструментальные стали
Из большого числа инструментальных сталей, выпускаемых
нашей промышленностью, в последние годы все большее распро-
странение находят высоколегированные быстрорежущие стали и,
наоборот, резко сокращается применение сталей, сравнительно
простых по составу, — углеродистых и легированных одним или
двумя элементами. Исследования и опыт показывают, что хорошие
результаты достигаются при рациональном усложнении химиче-
ского состава, когда стали легируются несколькими элементами,
* Подробно об абразивных материалах изложено в главе X.
10
но без увеличения их общей концентрации и даже при суммарном
ее уменьшении.
Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435—54) в своем
составе содержат от 0,6 до 1,4% углерода. Для изготовления ре-
жущих инструментов обычно применяют инструментальные угле-
родистые стали марок У10А, У11А и У12А, содержащих углерода
более 1 %. Эти стали приобретают высокую твердость после терми-
ческой обработки (HRC 60—64), однако эта твердость при срав-
нительно невысокой температуре (200—250° С) резко падает. Из
Этих сталей изготовляют метчики, плашки, развертки, напильники
и другие режущие инструменты, работающие с малыми скоростями
резания.
Быстрорежущие стали по ГОСТ 9373—60 делятся на две группы:
1) обеспечивающие нормальную производительность (марки Р18,
Р12, Р9, Р18М, РЭМ и Р18Ф2); 2) обеспечивающие повышенную
производительность (марки Р18К5Ф2, Р9К5, Р9К10, Р9Ф5,
Р14Ф4 и Р10К5Ф5).
Основным компонентом, входящим в состав всех быстрорежу-
щих сталей, является вольфрам (9—19%). Кроме вольфрама, все
быстрорежущие стали содержат хром и ванадий. Главные свойства
(красностойкость, твердость и др.) быстрорежущие стали приобре-
тают в результате термической обработки — закалки и многократ-
ного отпуска.
Быстрорежущие стали первой группы имеют универсальное
применение; стали второй группы, обладающие рядом специфиче-
ских свойств, имеют более узкое, специальное назначение. Основ-
ными из быстрорежущих сталей первой группы являются Р18,
Р9 и Р12, но наибольшее распространение из них в настоящее
время имеет сталь Р12, содержащая 12—13% W, 3,1—3,6% Сг
и 1,5—1,9% Va. Сталь Р12 равноценна по режущим свойствам
сталям Р18 и Р9, обладает хорошей шлифуемостью, достаточно
широким интервалом закалочных температур, высокой красно-
стойкостью и прочностью. Сталь Р12 применяют для изготовления
большинства фасонных инструментов (протяжек, метчиков, фрез,
разверток, сверл и др.) вместо сталей Р18 и Р9.
Стали первой группы Р18М и РЭМ вследствие присутствия
0,6—1,0% Мо более чувствительны к обезуглероживанию, чем
стали Р18 и Р9. Сталь Р18Ф2, содержащая 2% Va, имеет большую
теплостойкость (до 625—630° С), более высокие режущие свой-
ства и используется главным образом для инструментов, обраба-
тывающих стали повышенной прочности (ав = 80 4- 100 кгс/мм2,
или 0,78—0,98 ГПа).
Группа быстрорежущих сталей, обеспечивающих повышенную
производительность, характеризуется наличием в их составе ко-
бальта (марки Р18К5Ф2, Р9К5Ф2, Р9К10Ф2 и Р10К5Ф5) и по-
вышенным содержанием ванадия (марки Р9Ф5 и Р14Ф4); приме-
няются эти стали для обработки нержавеющих и жаропрочных
сплавов. Быстрорежущие стали Р9Ф5 и Р14Ф4 с повышенным
11
содержанием ванадия рекомендуют для инструментов, выполняю-
щих чистовые операции, а также для резания конструкционных
титановых сплавов. Кроме указанных выше быстрорежущих ста-
лей в нашей промышленности применяют (взамен ранее применяв-
шихся сталей Р9 и Р18) вольфрамомолибденовые стали. Эти стали
(Р6МЗ, Р9М4, Р12МЗ и др.), содержащие 3—4% Мо, равноценны
сталям Р9 и Р18 по своей красностойкости, но превосходят их по
механическим и режущим свойствам. Кобальтовая быстрорежущая
сталь Р18Ф2К8М, содержащая 18% W; 1% Мо; 2,1% Va и 8% Со,
обладает повышенными свойствами по теплостойкости (650—
660° С) и твердости, достигающей HRC 69—69,5. При резании
труднообрабатываемых сплавов стойкость инструментов из стали
Р18Ф2К8М в 2—4 раза выше, чем у инструментов из быстрорежу-
щей стали нормальной и повышенной производительности.
§ 2.	Твердые сплавы
Металлокерамические твердые сплавы преимущественно ис-
пользуют для оснащения резцов, сверл, зенкеров, разверток и
некоторых конструкций фрез. В сложнофасонных инструментах
(фасонные резцы, фасонные фрезы, протяжные, зуборезные и резь-
бовые инструменты) начинают применять также твердые сплавы.
Металлокерамические твердые сплавы получают методами порош-
ковой металлургии. Основными компонентами твердых сплавов
являются карбиды вольфрама WC, титана TiC и тантала ТаС.
Кобальт Со в составе твердых металлокерамических сплавов яв-
ляется^ цементирующей связкой.
ГОСТ 3882—67 предусматривает три группы металлокерами-
ческих твердых сплавов: 1) однокарбидные, содержащие карбиды
вольфрама WC (марки ВК2, ВКЗ, ВК4, ВК6, ВК6М, ВК8, ВК8В,
ВК15); 2) двухкарбидные, содержащие карбиды вольфрама WC
и карбиды титана TiC (марки Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т30К4,
Т60К6); 3) трехкарбидные, содержащие карбиды вольфрама WC,
карбиды титана TiC и карбиды тантала ТаС (марки ТТ7К12 и
ТТ7К15).
Твердые сплавы обычно изготовляют в виде пластинок путем
спекания при температуре около 1500° С в электрических печах.
Основная особенность инструмента, оснащенного пластинкой из
твердого сплава, заключается в том, что его режущие свойства
не снижаются при температуре нагрева в зоне резания до 800—
900° С. Поэтому такие инструменты пригодны для обработки высо-
копрочных металлов4) (включая закаленные стали) и неметалличе-
ских материалов (стёкла, фарфора, пластмасс и др.). Недостаток
твердых сплавов — их хрупкость. Пластинки из твердых сплавов
припаивают или прикрепляют механически к стальному корпусу
инструмента. Вязкость отдельных металлокерамических твердых
сплавов (а следовательно, и их хрупкость) зависит от содержания
в них кобальта. Сплавы, содержащие наименьшее количество
12
кобальта (ВК2, ВКЗ, Т30К4), обладают меньшей вязкостью; их
применяют для инструментов, срезающих тонкие стружки на чисто-
вых операциях. Сплавы, содержащие наибольшее количество ко-
бальта (ВК8, Т5К10, Т14К8), обладают наибольшей вязкостью; их
применяют при снятии стружек большого сечения, на черновых
операциях Однокарбидные сплавы группы ВК (ВК2, ВКЗ, ВК4,
ВК6, ВК8 и др.), как менее хрупкие, применяют при резании чугу-
нов и других хрупких материалов. Для обработки сталей приме-
няют инструменты, оснащенные двух карбидными сплавами группы
ТК (Т5К10, Т15К6, Т14К8 и др.).
Режущие свойства твердых сплавов в значительной степени
зависят от их структуры. Так, сплавы ВК6М с мелкозернистой
структурой по своим режущим и физико-механическим свойствам
превосходит все другие сплавы этой группы. Этот сплав приме-
няют при чистовой обработке чугунных деталей (в том числе зака-
ленных). Группа трехкарбидных сплавов ТТК, содержащих кар-
биды вольфрама, титана и тантала, отличается повышенной изно-
состойкостью, прочностью и вязкостью. Их применяют при обра-
ботке труднообрабатываемых сталей аустенитного класса.
Металлокерамические твердые сплавы имеют следующие фи-
зико-механические свойства: коэффициент теплопроводности
0,065—0,169 кал/см-с-°С (27,2—70,7 Вт/м-К), твердость HRA
86,5—91; предел прочности при сжатии 330—400 кгс/мм2
(3,24—3,93 ГПа) и предел прочности при изгибе 90—155 кгс/мм2
(0,87-1,53 ГПа).
При резании жаропрочных сплавов на никелевой основе
(ХН77ТЮ, ХН70ВМТЮ и др.) и титановых сплавов (ВТ1, ВТЗ,
ВТ15 и др.) применяют инструменты, оснащенные твердосплавными
пластинками группы ВК, не содержащими в своем составе титана.
Это объясняется тем, что все жаропрочные конструкционные спла-
вы, в том числе и сплавы на никелевой основе, в той или иной мере
содержат титан, и если эти сплавы обрабатыв ть резанием инстру-
ментами, тоже содержащими титан (группа ТК), то будет наблю-
даться слипание (адгезия) срезаемой стружки с твердосплавной
пластинкой, что неминуемо приведет к выкрашиванию и прежде-
временному разрушению инструмента.
Металлокерамические твердые сплавы находят все большее
применение при изготовлении сложнофасонного инструмента в ре-
зультате использования метода изготовления инструмента из пла-
стифицированных заготовок, которые легко поддаются механиче-
ской обработке на металлорежущих станках. После обработки и
придания им нужной формы пластифицированные заготовки под-
вергают спеканию, шлифованию, заточке и доводке. Особенно удо-
бен этот метод для изготовления мелкоразмерного инструмента.
Минералокерамические сплавы. В промышленности находит
применение синтетический материал — минералокерамика ЦМ332,
основу которой составляет глинозем (А12О3). Минералокерамика
ЦМ332 обладает высокими твердостью (IIRА 91—93) и теплостой-
13
костью (1190—1200° С), но уступает металлокерамическим сплавам
по пределу прочности на изгиб (30—40 кгс/см2, или 2,91—3,92 МПа)
и поэтому имеет ограниченное применение на операциях получисто-
вого и чистового точения чугунов и сталей.
Эльбор Р — это новый высокотвердый материал, получаемый
на основе кубического нитрида бора в виде крупных поликристал-
лов (диаметром 3—6 мм и длиной 4—5 мм). По твердости эльбор Р
приближается к твердости алмаза (8600 кгс/мм2, или 8,4 ГПа),
а его теплостойкость в 2 раза выше теплостойкости алмаза
(~ 1600° С). Инструмент из эльбора Р используется при обра-
ботке закаленных и цементированных сталей, высокопрочных
чугунов, твердых сплавов типа ВК25 и ВК15, стеклопластиков
АГ-4В, АГ-4С и др. Инструменты, оснащенные новыми модифика-
циями эльбора Р, позволяют производить с высокой стойкостью
прерывистое точение и фрезерование. При растачивании отвер-
стий в закаленных сталях резцы из эльбора Р обеспечивают точ-
ность по 1—2-му классу и шероховатость V8—V9 по ГОСТ 2789—59.
§ 3.	Алмазы
Алмазы применяют для оснащения лезвийных и абразивных ре-
жущих инструментов. Алмазы отличаются исключительно высокой
твердостью (порядка 10 000 кгс/мм2, или 98,1 ГПа), намного пре-
восходящей твердость других абразивных материалов. Модуль
упругости алмаза составляет 9-104 кгс/мм2 (0,88 ТПа), а предел
прочности/йа изгиб 21—49 кгс/мм2 (2,1—4,8 МПа). Наряду с вы-
сокой твердостью алмазы обладают высокой износостойкостью,
что позволяет производить обработку цветных металлов и пласт-
масс на высоких скоростях резания. Вследствие высокой тепло-
проводности (0,35 кал/см-с°, или 46,54 Вт/м-К) алмазы хорошо от-
водят тепло, выделяемое при резании, что способствует повыше-
нию стойкости инструмента. Обладая высокой твердостью, алмазы
отличаются повышенной хрупкостью, это сильно ограничивает
область их применения. Плотность алмаза 3,49—3,54 г/см3. Есте-
ственные алмазы встречаются в виде сростков, агрегатов и оскол-
ков кристаллов. Алмазные кристаллы, применяемые для инстру-
ментов, классифицируются по качеству и размерам на соответ-
ствующие группы в зависимости от назначения.
Наряду с естественными алмазами в промышленности широко
применяют искусственные алмазы, используемые в основном для
изготовления алмазных кругов, брусков и паст *.
* Подробно об искусственных алмазах изложено в гл. X.
Глава II
Физические основы процесса резания
конструкционных материалов
§ 1. Основные понятия и определения
Резание представляет собой сложный процесс деформирования
и разрушения материалов. При отделении стружки образуются
поверхности деталей заданной формы и размеров, определенной
точности и необходимого качества. Наивыгоднейшей формой режу-
щей части инструментов является клин. У разных инструментов
режущая часть имеет разную форму, например: острый или тупой
несимметричный клин, криволинейный клин и клин сложной
формы.
При взаимодействии режущего инструмента с обрабатываемым
материалом различают следующие схемы резания: 1) свободное
ортогональное резание — в этом случае в работе участвует только
одна прямолинейная режущая кромка, перпендикулярная направ-
лению вектора скорости перемещения инструмента (скорости реза-
ния 0; направление траекторий перемещения частиц материала,
обтекающего режущую часть инструмента, во всех точках одина-
ково (рис. II.1, а); 2) косоугольное резание, при котором вектор
скорости движения инструмента не перпендикулярен режущей
кромке (рис. II.1, б); 3) несвободное (осложненное, стестен-
ное) резание, когда в работе участвуют две или более сопря-
женные режущие кромки (рис. II.1, в), имеющие разное направ-
ление.
Основные закономерности физики резания будут рассмотрены
на примере наиболее простого свободного ортогонального реза-
ния.
Для описания процесса резания прежде всего необходимо уста-
новить основные понятия иопределения, характеризующие взаим-
ное расположение заготовки и инструмента, а также геометрию
режущего клина.
Обрабатываемая поверхность (/) — поверх-
ность срезаемого слоя заготовки (а — толщина и Ъ — ширина
стружки) (рис. II.2, а).
10
Обработанная поверхность (II) — поверх-
ность, образующаяся после снятия стружки (аг — толщина и
fej — ширина стружки).
Поверхность резания (III) — поверхность, образу-
емая на заготовке режущей кромкой инструмента (на рис. II.2, а, б
поверхность III показана штриховой линией).
Передняя поверхность режущей части инстру-
мента (Л) — поверхность, по которой сходит стружка.
Задняя поверхность (В) — обращена в процессе
резания к обработанной поверхности детали. Пересечение перед-
ней и задней поверхностей образует режущую кромку. Если ин-
струмент имеет несколько режущих кромок, то одна из них, наи-
более нагруженная в процессе несвободного резания, является
главной.
Рис. II.1. Основные схемы резания:
а — свободное ортогональное; б — косоугольное: в — несвободное
Главные углы режущей части инструмента рассматриваются
в сечении, перпендикулярном к главной режущей кромке и отно-
сительно координатной плоскости, называемой плоскостью
резания. Плоскость резания проходит через главную режущую
кромку и совпадает с направлением вектора скорости резания.
В рассматриваемом случае свободного ортогонального резания
плоскость резания (С) совпадает с поверхностью резания (III)
(рис. II.2, а). При обработке тел вращения плоскость резания
касательна к поверхности резания (рис. II.2, б). Различают сле-
дующие главные углы:
передний угол у — угол между передней поверхностью
инструмента А и плоскостью D, перпендикулярной плоскости ре-
зания;
задний угол а — угол между задней поверхностью ин-
струмента В и плоскостью резания С;
угол заострения р — угол между передней А и зад-
ней В поверхностями инструмента;
угол резан ияб — угол между передней поверхностью А
инструмента и плоскостью резания С.
16
В случае несвободного резания, когда режущие кромки распо-
лагаются по разным направлениям, дополнительно рассматри-
ваются вспомогательные углы ух, ах и углы в плане (см. гл. III,
Рис. II.2. Геометрические параметры, характеризующие свободное ортого-
нальное резание:
а — обработка плоскостей; б — обработка тел вращения
§ 3). Геометрические параметры инструментов влияют на харак-
теристики процесса резания и физические явления, возникающие
при стружкообразовании и формировании поверхностного слоя
детали.
§ 2.	Физические явления, возникающие при резании
При внедрении в материал режущего инструмента на его перед-
нюю и заднюю поверхности действуют нормальные силы JVX, N2
и силы трения Fx, F2 (рис. II.3, б). Считая клин абсолютно жестким
телом, можно после сложения всех сил получить общую равнодей-
ствующую силу Р, являющуюся силой сопротивления резанию.
Для удобства расчета технологических параметров процесса реза-
ния силу Р раскладывают на составляющие, которые измеряют
динамометром или рассчитывают по формулам. При свободном
ортогональном резании таких составляющих две: в направлении
вектора скорости резания Pz и перпендикулярно поверхности ре-
зания Ру (рис. II.3, б).
Под действием сил происходит деформирование и разрушение
обрабатываемого материала, сопровождающееся рядом физико-
химических явлений; главные из них следующие:
1.	В деформированном объеме возникает сложнонапряженное
состояние материала, имеют место упругие и пластические дефор-
мации, происходит хрупкое и вязкое разрушение. На обработанной
поверхности образуются шероховатости, а в поверхностном слое
17
детали происходит изхменение текстуры, структуры и всех тепло-
физических и электрофизических свойств.
2.	В зоне резания возникает неоднородное температурное
поле. Имеет место сложная схема распространения тепловых по-
токов и создаются особые условия теплопередачи между инстру-
ментом, стружкой и поверхностным слоем детали.
Рис. Н.З. Схема процесса деформирования материала при резании и основ-
ные типы стружек:
а — упрощенная схема стружкообразования И. А. Тиме (1870 г.); б — схема сил, дей-
ствующих на режущий клин; в — процесс деформирования при образовании сливной
стружки; г — микроструктура поверхностного слоя детали: 1 — пленка окислов; 2 —
слой диспергированного материала; 3 — пластически деформированный слой; 4.— упру-
годеформированный слой; 5 — исходная структура; д — распределение микротвердости
в поверхностном слое; е — типы стружек: 1 — сливная; 2 — суставчатая; з — элемент-
ная; 4 — надлома
3.	Трение в области контакта инструмента и материала заго-
товки происходит при больших давлениях и температурах. Иногда
возникает особый вид трения неокисленных поверхностей — чистое
трение.
4.	При определенных условиях резания на передней поверх-
ности клина возникает слоистое металлическое образование, на-
зываемое наростом. Нарост изменяет геометрию клина и влияет
на условия обработки,
18
5.	Происходят различные виды разрушения (износа) режущего
клина, возникающие под действием истирания, царапания, адге-
зии, диффузии, химических, электрических и усталостных явлений.
6.	Применение смазочно-охлаждающих веществ сопровож-
дается физико-химическими явлениями, возникающими при со-
прикосновении смазочно-охлаждающих веществ с нагретыми по-
верхностями инструмента и заготовки.
7.	В системе станок — приспособление — инструмент — де-
таль (СПИД) могут возникать вынужденные колебания и автоколе-
бания, ухудшающие процесс резания.
Все перечисленные явления находятся в тесной взаимосвязи
и взаимозависимости. Для повышения производительности и эко-
номичности различных видов механической обработки необходимо
иметь четкое качественное и количественное представление о всех
физико-химических явлениях.
Первые научные исследования процесса резания проведены
русским ученым И. А. Тиме (1838—1920 гг.) и изложены им в мо-
нографии «Сопротивление металлов и дерева резанию» (1870 г.).
Предложенная им элементарная механическая схема стружкообра-
зования (рис. II.3, а), основанная на простом наблюдении за
процессом резания, была первой попыткой описания процесса
отделения срезаемого слоя от заготовки. И. А. Тиме считал, что
резание представляет собой простой процесс последовательного
скалывания отдельных элементов (1—5) по единственной «пло-
скости скалывания» т — т, наклоненной к поверхности резания
под углом рх. Предполагалось, что вся деформация концентри-
руется в очень узкой области (плоскости), в которой и происходит
мгновенное разрушение материала путем скалывания. Процесс
формирования поверхностного слоя детали, контактные условия
и другие физические явления не рассматривались.
И. А. Тиме впервые описал различные типы стружек и дал им
названия, рассмотрел геометрию режущего клина и сформулировал
определения различных его углов, ввел понятие о «коэффициенте
усадки стружки», как величине, необходимой для оценки деформа-
ции, и показал, что закономерности процесса стружкообразования
едины для всех видов обработки резанием.
В дальнейшем многие отечественные ученые, базируясь на схеме
И. А. Тиме, создавали свои механические модели процесса струж-
кообразования (К. А. Зворыкин, А. А. Брике, А. В. Гадолин и др.).
Но слабое развитие теории пластичности и физики твердого тела,
примитивная аппаратура для экспериментальных исследований не
позволили ученым конца XIX и начала XX вв. дать полное описа-
ние механики процесса резания.
Бурное развитие физических и химических наук в начале XX в.
способствовало активизации научных исследований в области
резания металлов. Наиболее интересные работы провел Я. Г. Уса-
чев (1873—1941 гг.). Применяя экспериментальные методы иссле-
дования и аппаратуру (металломикроскоп, термопары, микро-
19
фотосъемку, динамометрирование и т. п.), Я. Г. Усачев определил
границы зоны деформированного металла, обтекающего режущую
часть инструмента, дал объяснение процессу образования нароста,
разработал оригинальные конструкции термопар и динамометров,
установил характер изменения текстуры металла при образовании
различных типов стружек и провел целый ряд экспериментальных
исследований, представляющих значительный интерес и в настоя-
щее время.
Большую роль в исследованиях физических явлений и разви-
тии теории резания сыграли работы советских и зарубежных уче-
ных. Много работ по физике резания проведено в США, Англии,
Японии, Германии, Польше, Венгрии, Чехословакии и других
странах.
В современных исследованиях процесса резания широко ис-
пользуются достижения физико-химических наук (теории дислока-
ций, пластичности, разрушения, теплопередачи и др.) и современ-
ная аппаратура для экспериментальных исследований (скорост-
ные кинокамеры, ЭВМ,, рентгенография, электронные микроскопы
и другие приборы). Применяются методы теории планирования
эксперимента и математической статистики для разработки реко-
мендаций по высокопроизводительной и рациональной обработке
резанием.
§ 3.	Деформирование и разрушение материалов
при резании
При внедрении инструмента в заготовку возникает область
деформированного материала. Деформации распространяются впе-
реди инструмента, в деталь и в стружку. Размеры деформированной
области и характер стружкообразования зависят от свойств обра-
батываемого материала и условий резания (рис. II.3, в). Если при
обтекании клипа материалом образуется сплошная стружка без
разрывов и больших трещин, то в этом случае она называется
сливной стружкой. Такой тип стружки чаще всего образуется
при резании вязких, пластичных материалов (рис. II.3, е — 7).
В том случае, когда при резании пластичных материалов имеет
место интенсивное трещинообразование, происходит полное раз-
деление стружки на элементы, имеющие определенную правиль-
ную форму и последовательность образования, такой тип стружки
называется элементной стружкой, или стружкой скалывания
(рис. II.3, е — 3).
Очень часто при резании пластичных материалов образуются
стружки, не имеющие четко выраженных признаков сливных или
стружек скалывания. При их образовании не происходит полного
разделения на элементы и трещины заканчивают свое развитие
в толще деформированного материала, не выходя на его наруж-
ную поверхность. Такие стружки называются суставчатыми
(рис. II.3, е — 2).
20
При резании хрупких материалов (чугуна, бронзы, керамиче-
ских материалов и др.) происходит вырывание отдельных частиц
поверхностного слоя заготовки режущей частью инструмента. Так
как пластического деформирования почти не происходит, то эле-
менты стружки, образующиеся в процессе хрупкого разрушения,
не имеют правильной формы. Обработанная поверхность шерохова-
тая с зазубринами и вырывами. Такой тип стружек носит название
стружек надлома (рис. II.3, е —- 4),
Внешний вид стружки в известной степени характеризует про-
цессы деформирования и разрушения, происходящие при резании
разных материалов и при различных условиях обработки. Изме-
няя условия резания и состояние материала, можно при его обра-
ботке получать различные типы стружек. Так, например, при реза-
нии меди с глубоким охлаждением можно получить стружки над-
лома, а при резании с подогревом твердых и хрупких материа-
лов — стружки скалывания и даже сливные. При резании неко-
торых современных материалов, применяющихся в технике,
например таких, как: высокопрочные и тугоплавкие сплавы,
неметаллические, полимерные и композиционные материалы,
образуются стружки, по своей форме и внешнему виду значительно
отличающиеся от вышеперечисленных.
Усилиями отечественных и зарубежных ученых, привлекающих
основные положения физики твердого тела, теорий разрушения,
трещинообразования, дислокаций, трения и теплопередачи, уда-
лось значительно расширить представления о макро- и микропро-
цессах, происходящих при образовании различных типов стружек
и формировании поверхностного слоя деталей.
Большинство твердых тел (металлы, диэлектрики и полупро-
водники), подвергающихся обработке резанием, имеет кристалли-
ческое строение, характеризующееся трехмерной периодичностью
расположения атомов (объемно-центрированная кубическая, гра-
нецентрированная кубическая и гексагональная плотно упакован-
ная кристаллическая решетки). Идеальные (совершенные) кри-
сталлы представляют собой бесконечную совокупность атомов, пе-
риодически расположенных в пространстве. Все реальные кри-
сталлы имеют несовершенства строения: точечные, линейные, по-
верхностные и объемные дефекты, локально нарушающие правиль-
ное расположение атомов. Эти дефекты играют очень важную роль
в определении свойств кристаллов, а также поведении поликри-
сталлических тел под нагрузкой (рис. II.4).
Точечные дефекты, возникающие при удалении одного атома
из узла кристаллической решетки, носят название вакансий в от-
личие от внедренных атомов — дефектов, возникающих при внед-
рении «лишнего» атома в решетку.
Линейные дефекты, нарушающие правильное чередование
атомных плоскостей в кристаллических решетках (в пределах од-
ного или нескольких межатомных расстояний), называются дис-
локациями, Дислокации различной формы всегда образуются
21
в процессах кристаллизации, пластического деформирования, воз-
никновения концентраций напряжений, при больших направлен-
ных термических нагрузках и при облучении материала частицами
высоких энергий.
Существуют прямые и косвенные методы, позволяющие наб-
людать отдельные дислокации и их структуру: рентгеновский,
электронно-микроскопический, методы травления и др. Присут-
ствие дислокаций изменяет условия диффракции рентгеновских
лучей или потока электронов, а также химическую активность
металлов вблизи дефектов.
Рассматривают статические дислокации (неизменные во вре-
мени) и динамические, изменяющиеся со временем. Движение и
Рис. II.4. Зависимость сопротивления
деформации т от числа дефектов р:
1 — идеальные бездефектные кристаллы (проч-
ность близка к теоретической); 2 — моно-
кристаллические «усы» (прочность металличе-
ских нитевидных «усов» ав 10 кгс/мм2
(=^ 9810 МПа); 3 — кристаллы с малым чис-
лом дефектов (р2 — минимальная плотность
дислокаций^ 107—108 на 1 см2); 4 — упроч-
ненные (наклепанные легированные, термо-
обработанные) кристаллы — р4 1010 -т- 1012
дислокаций на 1 см2
размножение дислокаций приводит к элементарным актам пласти-
ческой деформации, а их взаимодействие в основном определяет
совокупность механических свойств материалов. Если пластиче-
ская деформация происходит путем скольжения, то при этом одна
часть кристалла перемещается относительно другой вдоль опре-
деленной, плотно упакованной атомами плоскости скольжения *.
При высоких скоростях нагружения пластическая деформация
может осуществляться двойникованием — перемещением атомов на
расстояния, меньшие межатомных. В этом случае кристаллическая
решетка в деформированной области является зеркальным изобра-
жением решетки недеформированной области. Плоскость, раз-
деляющая эти решетки, называется плоскостью двойникования.
Для того чтобы в кристалле происходила пластическая дефор-
мация, необходимо последовательное движение очень большого
числа дислокаций. Например, если кристалл деформирован на 1 %,
то через него должны полностью пройти около 3-105 дислокаций.
В процессе деформирования реальных кристаллов число дислока-
* В одном квадратном сантиметре плоскости скольжения находится
около 1014 атомов.
22
ций (плотность), пересекающих площадь в 1 см2, доходит до 108—
1012. В то же время плотность вакансий упрочненного металла до-
ходит до 109—1020 в 1 см3. Дислокация не может оборваться внутри
кристалла. Она должна выйти на свободную поверхность, встре-
чаться с другими дислокациями или замыкаться сама на себя.
Обычно вокруг дислокаций существуют поля напряжений и воз-
никают силы взаимодействия. Например, в ионных кристаллах воз-
никновение дефектов нарушает равновесие положительных и отри-
цательных ионов и дислокации приобретают электрический заряд.
С помощью теории дислокаций можно объяснить механизмы
упрочнения и разупрочнения материалов, механические свойства
металлов (величины пределов упругости, текучести и прочности),
процессы старения и синеломкости сталей, процессы внутреннего
трения, усталости и ползучести металлов, а также разработать
рекомендации по повышению прочности материалов и, наоборот,
по организации их направленного разрушения при обработке
резанием.
В поликристаллических телах одновременно с внутрикристал-
лической деформацией происходит межкристаллическая (относи-
тельное скольжение и поворот зерен, дробление их на отдельные
блоки, разрушение по границам зерен и др.). При повышении тем-
пературы межкристаллические связи ослабляются и разрушение
материалов происходит не только внутри зерен, но и по их гра-
ницам. Изучение механизмов деформации показывает, что для ре-
альных поликристаллических материалов очень трудно создать
формулы связи «напряжения — деформации — время — темпе-
ратура». Поэтому для описания процесса деформации и разруше-
ния при резании материал заготовки рассматривают как сплош-
ное, изотропное тело с усредненными физико-механическими свой-
ствами.
Стружкообразование и формирование поверхностного слоя
необходимо изучать совместно, как единый процесс деформирова-
ния и разрушения материала при резании. Анализ микрофотогра-
фий корней сливных стружек и кадров киносъемок (рис. II.5)
показывает, что их образование представляет собой установив-
шийся процесс пластического течения. При обтекании режущего
клина часть деформированного материала перемещается по перед-
ней поверхности, превращаясь в стружку, а другая часть ниже
линии среза — по задней поверхности и образует поверхностный
слой детали (см. рис. II.3, в). Условно, во всем деформированном
объеме можно выделить несколько зон, имеющих различные ха-
рактеристики напряженно-деформированного состояния мате-
риала.
Первая зона (/) — наиболее удаленная от режущей
части инструмента — зона упругих и малых пластических дефор-
маций. Здесь зерна металла слегка вытягиваются и поворачи-
ваются, появляется текстура. Возникает сложнонапряженное
состояние, напряжения достигают величины предела текучести.
23
Нижняя граница зоны может быть определена путем анализа
микрошлифа корня стружки или по искажению координатной
сетки, предварительно нанесенной на поверхность образца. Верх-
няя граница зоны представляет собой поверхность, являющуюся
геометрическим местом точек максимальных скоростей деформа-
ций (см. рис. П.З).
Вторая зона (II) — зона наибольшей интенсивности
деформации. Зерна металла максимально удлиняются, сжимаются,
поворачиваются и перемещаются. Образуется четкая текстура,
Рис. II.5. Микрошлиф корня сливной стружки жаропроч-
ного сплава XH77TIOP (ЭИ437Б)
имеющая разный характер по толщине зоны. В контактной об-
ласти происходит дополнительное деформирование вследствие
торможения материала при трении о переднюю и заднюю поверх-
ности инструмента, а также частичного смятия округленной режу-
щей кромкой.
В том случае, когда контактные температуры доходят до ве-
личин, близких к температуре плавления, на контактной поверх-
ности стружки образуется тонкий сильно деформированный и
оплавленный слой. Внутренняя поверхность сливной стружки
всегда гладкая и покрыта пленкой окислов (появляются цвета
побежалости).
Переход обрабатываемой поверхности в наружную поверхность
стружки происходит плавно со значительным радиусом кривизны,
зависящим от величины переднего угла у и толщины срезаемого
слоя. Эта переходная поверхность всегда шероховатая, покрыта
трещинами и зазубринами, не имеющими определенной законо-
мерности расположения.
24
Верхнюю границу второй зоны можно определить по микро-
шлифу корня стружки или по искажению координатной сетки.
Расположение верхней границы зависит от скорости резания,
длины контакта, толщины срезаемого слоя, свойств обрабатывае-
мого материала и условий резания. Выше этой границы материал
полностью отдеформирован и переходит в стружку. Напряженно-
деформированное состояние материала во второй зоне характери-
зуется наличием больших (конечных) пластических деформаций,
уменьшением скоростей деформаций е, увеличением интенсивно-
стей деформаций и напряжений о{. Величины деформаций в не-
которых случаях могут достигать 200—300% и более.
Вблизи режущей кромки материал значительно упрочняется
(плотность дислокаций доходит до 1012 см2), возникает сетка микро-
трещин, которые, ветвясь и сливаясь, образуют макротрещины
критических размеров. Происходит разрыв вытянутых волокон
материала у вершины режущего клина, и длина трещины стано-
вится соизмеримой с толщиной срезаемого слоя. Дальнейшее раз-
витие трещины происходит по нестабильной траектории, направ-
ление которой определяется свойствами обрабатываемого мате-
риала, величиной зерна, состоянием границ зерен и условиями
резания. В том случае, когда при резании пластичных материалов
трещина выходит на наружную поверхность второй зоны, обра-
зуются стружки скалывания. При образовании стружек надлома
происходит хрупкое разрушение и трещина, распространяясь
с большой скоростью (близкой к скорости звука), полностью от-
деляет элемент стружки от основного материала. Распространение
трещин ниже линии среза приводит к появлению на обработанной
поверхности вырывов, выступов и зазубрин, значительно снижаю-
щих работоспособность деталей.
Треть я зона (III) — полностью отдеформированный ма-
териал, переходящий в стружку. Приращения деформации не
происходит, скорость деформации 8 = 0, величины деформаций
достигают максимальных значений. При своем дальнейшем движе-
нии сливные и суставчатые стружки перестают соприкасаться
с передней поверхностью режущего инструмента и могут сходить
в виде прямолинейной ленты, завиваться в спираль или дробиться
специальными устройствами. При этом происходит дополнительное
деформирование материала стружки и ее разрушение.
Четвертая зона (IV) — поверхностный слой обрабо-
танной детали. Напряженно-деформированное состояние в нем
возникает вследствие перетекания деформированного материала
из первой зоны, дополнительного смятия материала округленной
режущей кромкой и деформирование его силами трения при кон-
тактировании с задней поверхностью инструмента. После снятия
нагрузки, когда материал перестает соприкасаться с задней по-
верхностью, поверхностный слой детали испытывает упругое вос-
становление (упругое последействие hy). В наибольшей степени это
явление имеет место при резании упругих полимерных и неметал-
25
лических материалов, а также некоторых марок легированных
сталей, жаропрочных и титановых сплавов. Обработанная по-
верхность имеет сложный геометрический характер, а поверхност-
ный слой детали обладает особыми физическими свойствами, зна-
чительно отличающимися от свойств материала заготовки.
Рассмотрим основные характеристики состояния обработанной
поверхности и поверхностного слоя детали.* От качества поверх-
ностного слоя зависят: прочность деталей, особенно при знако-
переменных нагрузках, прочность прессовых и стабильность под-
вижных посадок, износостойкость, коэффициент трения, корро-
зионная прочность, оптические и химические свойства. Качество
поверхности характеризуется шероховатостью и физико-механи-
ческими свойствами металла, образующего поверхностный слой
деталей.
Рис. И.6. Профилограмма обработанной поверхности
Шероховатость обработанной поверхности регламен-
тируется ГОСТ 2789—59. Шероховатость оценивают средним ариф-
метическим отклонением точек профиля Ra или высотой неровно-
стей Rz, измеренными на определенной базовой длине. В ряде слу-
чаев, кроме Ra и Rz, важное значение имеют форма неровностей и
их шаг (от них зависит величина опорной поверхности). Для
6—12-го классов чистоты основной является шкала Ra, а для
1—5 и 13—14-го классов — шкала Rz. Под величиной Ra пони-
мается среднее значение расстояний точек измеренного профиля
до его средней линии, a Rz — среднее расстояние между находя-
щимися в пределах базовой длины L пятью высшими точками вы-
ступов и пятью низшими точками впадин, измеренное от линии,
параллельной средней линии (рис. II.6):
l	21 yi ।
=	или Дд = ~ п <
D _ (^1 4“ ^3 4“ + ^7 4“	— (^2 4” ^4 4“ ^6 4* ^8 4“ ^ю)
_________ * —	5
* При исследовании процесса резания обычно пользуются обобщенным
термином «качество поверхности».
26
Различают шероховатость в продольном и поперечном направ-
лениях. Поперечная шероховатость измеряется в направлении,
перпендикулярном к следам обработки по толщине срезаемого
слоя, а продольная — вдоль следов обработки по ширине срезае-
мого слоя. Обычно поперечная шероховатость по величине превы-
шает продольную и является определяющей. Для оценки шерохо-
ватости поверхности в СССР разработаны щуповые приборы:
профилографы-профилометры, калибр 201, профилометр ПЧ-3,
профилограф ИЗП-5, а также оптические приборы: двойной микро-
скоп МИС-11, микроинтерферометры МИИ-1, МИИ-4 и микроскоп
сравнения МС-48. На величину шероховатости значительное влия-
ние оказывают: скорость резания, толщина и ширина срезаемого
слоя, свойства обрабатываемого материала и другие условия реза-
ния (рис. II.7). При резании малопластичных материалов, таких
Рис. II.7. Влияние скорости
резания и смазочно-охлаждаю-
щих веществ на величину ше-
роховатости Rz (материал
сталь 35):
1 — без охлаждения; 2 — веретен-
ное мало; 3 — вода; 4 — четырех-
хлористый углерод
как чугун, твердая бронза, сплавы на основе титана, вольфрама,
скорость резания оказывает малое влияние на шероховатость обра-
ботанной поверхности. Ухудшение качества поверхности при из-
носе инструмента вызвано ростом радиуса округления режущей
кромки р (см. рис. II.3, в), приводящее к увеличению упругого
восстановления hy и объема пластически деформированной зоны.
Шероховатость поверхности стальных деталей существенно зави-
сит от микроструктуры материала. Например, величина Rz тем
больше, чем больше свободного феррита в структуре, а увеличение
содержания углерода и легирующих элементов способствует умень-
шению Rz. При резании конструкционных пластмасс (фторопла-
ста, капрона, винипласта и др.) шероховатость поверхности нахо-
дится в пределах 4—6-го классов (в зависимости от свойств ма-
териала, геометрии инструмента и режимов резания).
Необходимо различать: а) так называемую «технологическую
шероховатость» обработанной поверхности, связанную с кинемати-
ческой схемой резания и жесткостью оборудования, формой режу-
щей части инструментов и ее геометрическими параметрами, и
б) микронеровности и субмикронеровности, возникающие на по-
верхности резания и обработанной поверхности, зависящие от
свойств материала, характера разрушения поверхности (ветвление
и слияние трещин), шероховатости режущей кромки и поверхно-
стей режущего клина и т. п.
27
Физические характеристики состоя-
ния поверхностного слоя. Процесс образования
поверхностного слоя деталей при резании материалов представ-
ляет собой комплекс сложных физических явлений. Исследования-
ми советских ученых установлено, что процессы стружкообразо-
вания и формирования поверхностного слоя взаимосвязаны: все
факторы, ведущие к облегчению процесса стружкообразования
и уменьшению объема пластической деформации срезаемого слоя,
обычно вызывают улучшение качества обработанной поверхности.
Физико-механические свойства поверхностного слоя оценивают
глубиной Лнк и степенью 7V наклепа, величиной и знаком остаточ-
ных напряжений, микроструктурой, плотностью дислокаций,
концентрацией вакансий и другими характеристиками. Под сте-
Н _________________________________________________pj
пенью наклепа понимается отношение N = та^-----------5100%,
"о
где Ятах — микротвердость обработанной поверхности (см.
рис. II.3, 5); HQ — микротвердость ненаклепанного (исходного)
материала заготовки.
Изменение степени пластической деформации срезаемого слоя
при увеличении скорости резания v вызывает соответствующее из-
менение наклепа обработанной поверхности. При более высоких
скоростях резания глубина наклепа снижается. При износе инст-
румента возрастают силы N2 и F2 (см. рис. II.3, б) и поэтому уве-
личивается наклеп поверхностного слоя. Степень наклепа очень
сильно зависит от физико-механических свойств обрабатываемого
материала. Нержавеющие, жаропрочные стали и другие пластич-
ные материалы обладают большой склонностью к наклепу.
Важной характеристикой физического состояния поверхност-
ного слоя является величина и знак остаточных напряжений. При
наличии в поверхностном слое сжимающих остаточных напряже-
ний предел выносливости деталей обычно повышается, а остаточ-
ные напряжения растяжения понижают предел выносливости.
Для сталей, обладающих высокой твердостью, повышение уста-
лостной прочности в результате действия сжимающих напряжений
достигает 50%, а снижение ее за счет растягивающих напряже-
ний 30%.
Остаточные напряжения при резании металлов образуются
в результате неравномерности пластической деформации и значи-
тельного нагрева поверхностных слоев. Кроме того, при высоких
температурах резания могут происходить структурные превраще-
ния.
Сущность образования остаточных напряжений состоит в сле-
дующем. Сила F2 (см. рис. II.3, б) вызывает пластическое растяже-
ние верхних слоев, а слои, лежащие ниже, получают упругук
деформацию растяжения (см. рис. II.3, г). После прохода резц<г
упругорастянутые слои стремятся сжаться, но этому препятст
вуют верхние слои, претерпевшие необратимую пластическук
деформацию. В результате внутренние слои останутся частичш
28
растянутыми, а в верхнем слое возникнут остаточные напряжения
сжатия. Под действием второго фактора — нагрева теплом, иду-
щим в деталь, — верхние слои стремятся удлиниться, но этому
оказывают сопротивление нижние более холодные и в поверхност-
ном слое появляются напряжения сжатия. При достаточно интен-
сивном нагреве эти напряжения могут превзойти предел текучести
и поверхностные слои окажутся пластически сжатыми. При охла-
ждении во внутренних слоях возникают остаточные напряжения
сжатия, а на поверхности — напряжения растяжения.
Результирующая эпюра остаточных напряжений зависит от
интенсивности действия механического и теплового факторов
(рис. II.8). Например, интен-
сивный нагрев может уменьшить
или полностью снять напряже-
ния сжатия, возникшие от меха-
нического воздействия. При
шлифовании сталей поверхност-
ный слой детали нагревается до
температуры выше критической
точки Ас3 и поэтому могут про-
исходить структурные . превра-
щения. Превращения, связан-
ные с увеличением объема (ау-
стенит в мартенсит), вызывают
Рис. II.8. Эпюры тангенциальных
остаточных напряжений от при то-
чении жаропрочного сплава
ХН70ВМТЮ (ЭИ617):
1 — подача s = 0,07 мм/об; 2 — s =
= 0,25 мм/об; 3 — s — 0,35 мм/об
остаточные напряжения сжатия,
а при уменьшении объема —
растяжения.
По классификации Н. Н. Да-
виденкова остаточные напряже-
ния могут быть трех родов:
I — напряжения, взаимно-урав-
новешивающиеся в объеме деформируемого тела, II — напряже-
ния, взаимноуравновешивающиеся в объеме нескольких зерен и
III — напряжения, взаимно-уравновешивающиеся внутри отдель-
ного зерна.
Характер и величина остаточных напряжений зависят от
условий обтекания деформируемым металлом вершины режущего
инструмента. При работе в зоне наростообразовапия (см. § 5) на
величину и характер эпюры остаточных напряжений влияют раз-
меры нароста и форма его вершины. Остаточные напряжения сжа-
тия в тончайшем поверхностном слое (до 0,01 мм) зависят от усло-
вий трения металла о заднюю поверхность, а растягивающие на-
пряжения ~~ от условий течения металла при переходе его в по-
верхностный слой. При повышении скорости резания остаточные
напряжения растяжения уменьшаются и могут менять знак;
аналогичный эффект вызывает уменьшение переднего угла у.
Остаточные напряжения растут при увеличении толщины срезае-
мого слоя. Сжимающие остаточные напряжения в поверхностном
29
слое увеличиваются при переходе от обработки сталей с малым
содержанием углерода и слабовоспринимающих закалку к высо-
коуглеродистым и высоколегированным сталям, хорошо воспри-
нимающим закалку.
При обработке жаропрочных сплавов с увеличением сил реза-
ния возрастают сжимающие остаточные напряжения в поверхно-
стном слое, а кривые изменения температуры резания и макси-
мальных растягивающих напряжений имеют аналогичный харак-
тер, т. е. теплота резания влияет на образование растягивающих
остаточных напряжений. Особенно интенсивно это влияние при
наличии термопластических деформаций (когда напряжения, выз-
ванные в металле температурой резания, больше или равны пре-
делу текучести). При износе задней поверхности инструмента
ухудшаются условия образования поверхностного слоя, увели-
чивается глубина распространения деформации и ее интенсив-
ность. Поэтому наблюдается рост величины и глубины распростра-
нения растягивающих остаточных напряжений. Применение сма-
зочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) приводит к уменьшению
сил трения и температуры резания. Поэтому сжимающие остаточ-
ные напряжения в поверхностном слое принимают малые значения,
а растягивающие напряжения снижаются примерно в 2 раза.
Выбором рациональных режимов резания, геометрии инстру-
мента и условий резания, а также поверхностным упрочнением
или подогревом зоны резания можно управлять процессом форми-
рования поверхностного слоя и получать характеристики каче-
ства поверхности, обеспечивающие надежность и долговечность
деталей.
Для качественной и количественной оценки напряженно-дефор-
мированного состояния при резании существуют различные ме-
тоды.
1.	Методы относительной оценки об-
щего деформированного состояния при
стружкообразовании. Метод определения коэффи-
циента усадки стружки.* Внешними наблюдениями за процессом
стружкообразовании установлено, что в большинстве случаев
обработки резанием стружка укорачивается, утолщается и ста-
новится шире срезаемого слоя («разбухает», «усаживается»).
Усадка стружки является внешним проявлением процесса дефор-
мирования при наличии больших пластических деформаций. Это
физическое явление, связанное с возникновением сложнонапряжен-
ного состояния материала, со спецификой его разрушения, с из-
менением его текстуры, структуры и физико-химических свойств.
Коэффициенты усадки стружки представляют собой простые соот-
ношения линейных размеров стружки и срезаемого слоя заготовки.
* Термин «коэффициент усадки стружки» введен И. А. Тиме в 1870 г.
на основании предположения о том, что деформирование и разрушение
материалов происходят только в одной «плоскости скалывания».
30
Рассматриваются следующие геометрические соотношения
(рис. II.9): коэффициент укорочения кг =	, коэффициент ушире-
ния къ = -j-, коэффициент утолщения ка — ~~. Так как объем пла-
стически деформированного материала не изменяется, то abLQ =
— alb1L и при br b получим, что -°- =	, т. е. kt = ка.
При резании различных материалов и в разных условиях эти
коэффициенты могут быть больше или меньше единицы. В случае
равенства линейных размеров срезаемого слоя и стружки понятие
«коэффициент усадки» теряет свой смысл, так как «усадки» не
Рис. II.9. Схемы определения величины коэффициентов усадки стружки
(коэффициентов укорочения и утолщения):
а — положительных (Lo > L, > a, fy > 1, ka > 1); б — отрицательных (Lo < L,
ах < a, 1, ka < 1)
происходит, а энергия, затраченная на пластическое деформиро-
вание, достаточно велика. Наибольшие погрешности в определении
этих коэффициентов имеют место при изучении стружек скалыва-
ния. Например, при резании титановых сплавов в определенных
условиях можно получать величины kt и ка, равные единице и
меньше единицы, в то время как внутри каждого элемента стружки
скалывания степень деформации достигает 200—300%. Поэтому
метод определения вышеперечисленных коэффициентов пригоден
лишь для относительного сравнения величин деформаций и только
при образовании четко выраженных сливных стружек. В тех слу-
чаях, когда длину сливной стружки измерить трудно, kt опреде-
ляют по соотношению величин площадей сечений стружки /стр и
срезаемого слоя /сл так называемым «весовым методом»:

/стр
/сл
б*стр
(П.1)
31
где б?стр — вес элемента стружки; р — плотность материала;
Z1? а1? Ьг — линейные размеры элемента.
Полученная путем взвешивания и измерения произвольного
элемента стружки величина kt оценивает как первичную деформа-
цию в зоне резания, так и дополнительную деформацию стружки
при ее завивании или дроблении.
Метод определения величины сдвига g путем измерения угла
сдвига Pi на микрошлифах корней стружек (см. рис. II.9). Пред-
полагается, что в зоне резания происходит только относительный
сдвиг деформированных зерен, связанный с величиной' переднего
угла инструмента у:
g = ctgpi + tg(pi-y)	(П-2)
или с коэффициентом укорочения стружки kt и у:
^ + 2^sinT + l-	(Ц.З)
® к/ cos у	v 7
Этот метод, так же как и предыдущий, позволяет прибли-
женно охарактеризовать деформированное состояние материала
в зоне резания и только в тех случаях резания, когда на микро-
шлифах плоскости (поверхности) сдвигов четко выявлены.
2.	Методы определения характеристик
н а п р я ж ен но-деформированного состояния
материала в поверхностном слое. Глубину и
степень наклепа чаще всего определяют путем измерения микро-
твердости с последовательным стравлением пластически деформи-
рованных слоев металла или на косых срезах поверхностного слоя
образцов. Наибольшую микротвердость (по сравнению с исходной)
имеют тонкие поверхностные слои. Если изготовить микрошлифы
корней стружек, то, пользуясь специальными твердомерами
(ПМТ-2, ПМТ-3 и др.), можно получить общую картину упрочне-
ния материала вокруг режущего клина и в поверхностном слое.
Более сложным является метод рентгеноструктурного анализа.
Изучение рентгенограмм позволяет определить глубину залега-
ния упрочненного (наклепанного) слоя материала. Величину и
знак остаточных напряжений обычно определяют механическими,
химическими и рентгенографическими методами. Механические
методы позволяют путем последовательного стравливания тонких
слоев с поверхности образца и последующим измерением его де-
формации (например, величины прогиба пластинки) определить
характеристики остаточных напряжений 1-го рода (Н. Н. Дави-
денков, Г. Закс, П. И. Бобрик и др.). Тангенциальные напряже-
ния от, направленные касательно к обработанной поверхности
цилиндрических деталей, определяются на образцах в виде узких
разрезных колец; осевые а0 — на пластинках, вырезанных вдоль
образующей цилиндрической детали.
Рентгеновский метод дает возможность провести качествен-
ный и количественный анализы остаточных напряжений. Если па
32
дебаеграммах наблюдается изменение диаметра интерференцион-
ных линий или их смещение, то это свидетельствует о наличии
остаточных напряжений 1-го рода, если же линии размыты — то
присутствуют напряжения 2 и 3-го рода. На наличие остаточных
напряжений также указывает удлинение пятен на лауэграммах.
3.	Методы определения величин деформа-
ций и напряжений в различных точках де-
формированного объема зоны резания. Ме-
тод координатных сеток позволяет качественно и количественно
оценить напряженно-деформированное и скоростное состояние
в зоне резания при образовании сливных стружек и стружек
скалывания.
Сетки наносятся на полированные поверхности образцов (ца-
рапанием, травлением, накаткой типографской или термостой-
кой краской, напылением, электроэррозией и другими способами)
и при резании деформируются (рис. II. 10). По характеру иска-
жения круглых или квадратных ячеек сеток можно получить пред-
ставления о размерах зоны деформированного материала, количе-
ственных характеристиках напряженно-деформированного состоя-
ния в очаге деформации и поверхностном слое детали, а также
о контактных нагрузках и трении на поверхностях режущего
клина.
Так как провести анализ механики процесса резания, решая
объемную задачу пластичности, весьма трудно, то большинство
исследователей рассматривает плоскую задачу, считая, что в
некоторых случаях при образовании сливных стружек боковыми
перемещениями металла можно пренебречь. Если сделать допуще-
ния о том, что материал имеет сплошное строение, изотропен,
объем деформированного материала не изменяется, а режущий
клин абсолютно жесткий, то, решая совместно уравнения равно-
весия и движения с условием пластичности, можно определить
все необходимые параметры для оценки напряженно-деформиро-
ванного и скоростного состояний. Метод сеток позволяет дать
описание процесса образования сливных стружек как стационарной
задачи пластического течения, предполагая, что поле скоростей
не изменяется во времени и траектории движения частиц мате-
риала в зоне резания совпадают с линиями тока (см. рис. II.3, в).
Многочисленные теоретические и экспериментальные исследова-
ния процесса деформирования при резании позволили для раз-
личных материалов и условий обработки установить единый ха-
рактер изменения скоростей движения частиц гл, скоростей дефор-
маций 8, величин деформаций 8, величин напряжений о и энер-
гии Ед, затрачиваемой на деформирование (рис. II. И).
Метод расчета величин деформаций по искажению зерен на
микрошлифах корней стружек. Если принять, что круглое зерно
превращается в эллипс, то можно определить направление осей и
величины главных деформаций. Использование этого метода для
исследования процесса резания осложняется тем, что трудно про-
33
Рис. П.10. Корни стружек с координатной сеткой (накатанная типограф-
ской краской на образцы и травленая):
а — сливная стружка (сталь 45); б — сливная стружка с круглой сеткой [ХН77ТЮР
(ЭИ437Б)]; в — сливная стружка (сплав ВТ14,	< 1); г — суставчатая стружка [сплав
ХН77ТЮР (ЭИ437Б)]; д — элементная стружка (ВТ2); е — стружка надлома (чугун)
34
следить искажение мелких зерен при их переходе из области
недеформированного материала в область больших пластических
деформаций (см. рис. II.5). Метод нашел более широкое примене-
ние в обработке давлением.
Метод определения напряженного состояния по измерению
микротвердости Hv деформированного материала в сочетании
с методом координатных сеток позволяет, зная величины интенсив-
ностей деформаций определить величины интенсивностей на-
пряжений о\ в различных точках зоны резания. Для этого не-
обходимо построить графики механических испытаний, свя-
зывающие 8i —	— Hv.
Рис. 11.11. Изменение характеристик напряженно-деформиро-
ванного состояния вдоль траектории перемещения частиц (2—2)
Методы расчета напряженно-деформированного состояния ма-
териала в зоне резания, связанные с построением поля линий
скольжения, применением теории подобия и электромоделирования.
Поляризационно-оптические методы, позволяющие экспери-
ментально расчетным путем определить контактные напряжения,
а также распределение касательных и нормальных напряжений
в режущем клине. Инструмент необходимо изготовлять из опти-
чески-активного материала (эпоксидная смола, стекло) и резать
высокопластичные материалы (свинец, алюминий). Обработка фо-
тографий изоклин (линий равных нормальных напряжений) и
изохром (линий равных касательных напряжений) достаточно
сложна и трудоемка.
Используя различные методы оценки напряженно-деформи-
рованного состояния, можно качественно и количественно опре-
делить влияние разных факторов на процесс деформирования и
разрушения при резании. Например, установлено, что с повыше-
нием скорости резания v объем деформированного материала
уменьшается, нижняя и верхняя границы зоны деформации сбли-
жаются. С увеличением толщины срезаемого слоя зона деформа-
35
ции увеличивается. Чем больше угол заострения режущего
клина Р, т. е. меньше передний угол у, тем больше сопротивление
резанию и объем деформированного материала возрастает. Также
имеется возможность проводить сравнительный анализ энергетиче-
ских затрат на процессы деформирования и разрушения при реза-
нии материалов с различными физико-химическими свойствами.
§ 4. Тепловые явления и методы оценки температуры
в зоне резания
При резании почти вся механическая энергия, затрачиваемая
на деформирование, разрушение и трение, переходит в тепловую.
Небольшая часть механической энергии (примерно от 0,5 до 5%)
Рис. 11.12. Схема распространения тепло-
вых потоков
расходуется на внутри-
кристаллические преобра-
зования (накапливается в
виде потенциальной энер-
гии искаженной решетки
материала в зоне дефор-
мации). Таким образом,
без большой погрешности
для практических расчетов
можно считать, что меха-
ническая и тепловая энер-
гии полностью эквивалент-
ны./Гепловая энергия ока-
зывает значительное влия-
ние на процесс деформиро-
вания при резании, на работоспособность режущей части
инструмента и физические явления, возникающие в контактной
области, на процесс формирования и состояние поверхностного
слоя детали. { В некоторых случаях действие тепловой энергии
может привести к структурно-фазовым превращениям в деформи-
рованном материале. Область зоны резания, в которой происходит
превращение механической энергии в тепловую, порождает теп-
ловые потоки, быстро распространяющиеся в стружку, деталь,
инструмент и окружающую среду. Распространение тепла и обра-
зование температурного поля в зоне резания являются сложными
физическими процессами, математическое описание которых пред-
ставляет значительные трудности.
Разработанная советскими учеными схема возникновения и
распространения тепловых потоков (рис. II. 12) позволяет опре-
делить направления и интенсивности тепловых потоков *, гра-
* Интенсивность движения тепла измеряется количеством тепла, про-
ходящего за единицу времени через единицу поверхности перпендикулярно
направлению движения тепла. Вектор, характеризующий направление и
величину наибольшего изменения температуры, называется градиентом
температуры.
36
диенты температур в контактных областях и характеристики
температурного поля в зоне резания, основные закономерности
теплообмена между инструментом, деталью и окружающей сре-
дой, а также получить качественное и количественное представ-
ление о тепловом балансе при резании различных материалов.
Знание этих закономерностей имеет большое значение для рацио-
нального конструирования и эксплуатации режущих инструмен-
тов, применения эффективных методов смазки и охлаждения, по-
вышения точности и качества поверхности обработанных деталей.
Уравнение теплового баланса можно представить следующим
образом (см. схему рис. II. 12):
Qi + <?п + = 21 +	(IL4)
где Qi — количество тепла, эквивалентное энергии, затрачен-
ной на деформирование и разрушение при стружкообразовании
и формировании поверхностного слоя (см. рис. II. 3, зоны I, 77);
Qu — количество тепла, эквивалентное работе сил трения при
контакте передней поверхности клина и деформированного мате-
риала (см. рис. II. 3, зона 77); (?ш — количество тепла, эквива-
лентное работе сил трения на задней поверхности клина при
переходе деформированного материала (зона 7) в поверхностный
слой детали (зона IV); qr — количество тепла, уходящее в стружку;
q2 — количество тепла, идущее в деталь; q3 — количество тепла,
переходящее в режущий инструмент; — количество тепла,
передающееся окружающей среде./
Количественное выражение уравнения теплового баланса за-
висит от физико-химических свойств материалов заготовки и ин-
струмента, геометрических параметров режущего инструмента,
режимов резания и условий обработки. Например, при резании
различных конструкционных металлов и сплавов наибольшее
количество тепла уходит со стружкой, а в процессе шлифования —
в деталь. При резании жаропрочных и титановых сплавов, имею-
щих плохую теплопроводность и низкие коэффициенты темпера-
туропроводности, значительное количество тепла концентриру-
ется в контактной зоне или переходит в режущий инструмент
(рис. II. 13). Это приводит к необходимости снижать скорости
резания для увеличения срока службы инструмента. Для опреде-
ления основных характеристик теплонапряженности процесса
резания применяются экспериментальные и расчетные методы.
Общее количество тепла, выделившееся при резании, и коли-
чество тепла, уходящее в стружку, деталь и инструмент, опреде-
ляются путем колориметрирования. В калориметр заключаются:
обрабатываемая деталь, режущий инструмент и стружка. Измеряя
их начальную и конечную температуру, а также зная их массу
и удельную теплоемкость, можно определить количество тепла,
выделившееся в единицу времени. Например, количество тепла,
уходящее в стружку, можно определить по формуле
51 = (^стр®стр — Ссреэ®среэ) ^стр>	(II.5)
37
Ош
О 100 200 300 10 50
м/мин
Скорость резания
Рис. 11.13. Диаграмма тепло-
вого баланса при точении
стали ШХ15 резцом с пластин-
кой из твердого сплава Т14К8
и титанового сплава ВТ2 рез-
цом с пластинкой ВК8 при
различных скоростях резания
где сстр — удельная теплоемкость стружки; сСрез — удельная теп-
лоемкость срезаемого (холодного) слоя заготовки; 0СТр — тем-
пература (средняя) стружки; 0Срез — начальная температура
материала заготовки; (?стр — вес стружки.
Для определения средней температуры стружки 0стр ее
собирают в специальный калориметр. Зная вес воды в калори-
метре 6гв, вес стружки (?стр, началь-
ную температуру воды 0В, темпера-
туру смеси 0СМ (вода и стружка) и
удельную теплоемкость стружки сС4гр,
можно определить среднюю темпе-
ратуру стружки:
_____ О | ^в(®см + ®в) /ТТ
Остр — '-'см п--р----• (11.0)
«стрсстр
Подобным образом можно опре-
делить среднюю температуру обра-
батываемой детали (например, при
шлифовании).
Метод калориметрирования дает
стабильные показания и пригоден
для определения количества тепла
при скоростном резании, а также для
оценки обрабатываемости различных
материалов. Определение средней
температуры стружки по цветам
побежалости, несмотря на
свою простоту, дает значительные
погрешности, связанные с тем, что
определяется только температура
окисленной поверхности стружки.
Метод термокрасок,
применяющийся для определения по-
верхностной температуры нагретых
частей инструмента, прост, нагляден,
но дает малую точность. Специальная
термочувствительная краска наносится тонким слоем на поверхно-
сти инструмента. Тепло, концентрирующееся в определенном месте
инструмента, изменяет цвет краски. Каждая краска имеет опре-
деленную шкалу «цвет-температура», позволяющую определить
зоны изменения температуры рабочей части инструмента. Метод
не дает возможности определить температуру контактных или
близких к ним поверхностей. При продолжительной работе оттенки
красок изменяются и не соответствуют шкале.
Наиболее распространенными являются методы, позволяющие
измерять температуру отдельных участков зоны резания и режу-
щего инструмента. К ним относятся метод термопар,
структурного анализа и радиационно-оп-
38
т и ч е с к и й метод. Измерение температур в узких обла-
стях зоны резания с помощью термопар впервые предложено
Я. Г. Усачевым в 1912 г. В случае применения так называемой
«искусственной термопары» в определенном месте режущей части
инструмента просверливается отверстие (рис. II. 14, а) и встав-
ляется термопара с изолированными проводниками (диаметр прово-
лочек 0,3—0,5 мм). Спай термопары располагают как можно
ближе к нагретым поверхностям инструмента, а холодные концы
выводятся к гальванометру или другому регистрирующему при-
бору. О температуре судят по показанию прибора, отмечающего
величину термоэлектродвижущей силы.
a)	fy	6)
Рис. 11.14. Схемы термопар:
а — искусственная; б — полуискусственная; в — естественная; 1 — место спая термо-
пары; 2 — проводники; 3 — изоляционная трубка; 4 — токосъемник — скользящий
контакт
В другом варианте термопары, получившем название «полу-
искусственная», один изолированный проводник выводится на
заднюю или переднюю поверхности инструмента и расклепыва-
ется. Вторым проводником является тело инструмента (рис.
II. 14, б), что значительно упрощает схему измерения.
Идеи Я. Г. Усачева нашли дальнейшее применение и развитие
в исследованиях отечественных и зарубежных ученых (созданы
конструкции привариваемых, «прижимных, защемленных, под-
вижных, бегущих и других видов термопар). Значительное рас-
пространение получила так называемая «естественная термопара».
Здесь проводниками являются инструмент и деталь, а спаем тер-
мопары — область контакта передней и задней поверхностей
режущего клина с металлом заготовки (рис. II. 14, в). Для повы-
шения точности показаний термопары инструмент и заготовка
тщательно изолируются. Так как при механической обработке
инструмент и деталь всегда перемещаются (вращательное движе-
ние, поступательное и др.), то для передачи термотока к непод-
39
вижным регистрирующим приборам необходимо применять спе-
циальные конструкции токосъемников (подвижные контакты,
ртутные ванночки, скользящие контакты, гибкие валики и т. п.).
Естественная термопара измеряет среднеинтегральное (суммар-
ное) значение температуры в зоне контакта за определенный
промежуток времени резания.
При использовании метода термопар для перевода показаний
регистрирующих приборов в градусы необходимы специальные
тарировочные графики; для каждой искусственной термопары свой
график, а для естественной — при каждом изменении материала
заготовки или инструмента.
Радиационно-оптические и фотоэлектри-
ческие методы дают возможность получить представление
о распределении температур в зоне резания путем регистрирования
теплового излучения стружки, инструмента и обрабатываемой
детали. Методы связаны с применением сложных оптических
установок или фотоэлектрических датчиков. Имеются сведения
о применении этих методов при экспериментальных исследова-
ниях теплофизики процессов точения и шлифования. Под влия-
нием температуры в металлах происходят структурно-фазовые
превращения и изменяется микротвердость. Это явление исполь-
зуется в методе исследования температурного поля по анализу
микроструктуры и измерению микротвердости. Для этого необ-
ходимо знать температуру и время структурных превращений
различных материалов. Метод позволяет построить изотермы на
передней и задней поверхностях инструмента.
Рассмотрение различных способов измерения температуры поз-
воляет отметить, что понятие «температура резания» связано
с методами ее измерения. На температуру резания оказывают
влияние те же факторы, что и на изменение баланса тепла. С уве-
личением скорости резания возрастает количество тепла, выделяю-
щегося в единицу времени, и увеличивается температура в зоне
резания. Кривые изменения 0рез — f(v) с увеличением скорости
резания будут приближаться к уровню температур плавления
обрабатываемого материала (см. рис. II. 23). Изменение толщины
и ширины срезаемого слоя оказывает меньшее влияние на изме-
нение температуры резания, чем скорость относительного дви-
жения режущего инструмента. С увеличением толщины срезаемого
слоя улучшается теплоотвод от контактных поверхностей, а с
увеличением ширины среза — пропорционально увеличивается
длина активной части режущей кромки инструмента и усилива-
ется теплоотвод от контактных поверхностей в тело инструмента.
Геометрические параметры режущей части инструмента значи-
тельно влияют на теплонапряженность процесса резания. Так,
например, с увеличением угла резания б режущий клин стано-
вится более массивным и теплоотвод в инструмент улучшается.
Но при этом возрастает работа деформации, а следовательно, и
выделение тепла. На основании большего количества экспери-
40
ментов созданы эмпирические зависимости для определения вели-
чины температуры резания. В этих формулах температура реза-
ния 0рез является функцией многих переменных, характеризую-
щих условия обработки, режимы резания и геометрические пара-
метры инструмента, а также свойства материалов:
®рез = /(с0, V, а, Ъ, у, а...),
где Cq — коэффициент, зависящий от условий обработки и физико-
механических свойств материала инструмента и заготовки.
Структура эмпирических формул достаточно сложна и связана
с характеристиками различных видов обработки (точение, сверле-
ние, фрезерование и т. д.).
Очень важным для теории и практики механической обработки
является разработка методов расчета температурного поля в зоне
резания *. Вопросы построения теории температурного поля при
резании в течение многих лет привлекают внимание отечествен-
ных и зарубежных ученых. Первые попытки сводились к исполь-
зованию решений классических задач теории теплообмена в твер-
дых телах. Ряд исследователей определял температуру резания
путем решения уравнения теплопроводности:
а© (дщ . дщ . дщ\	/тт
дх —	aQ\dx2 ду* dz* J9	(1L7)
где aQ =------коэффициент температуропроводности; Л — коэф-
ер
фициент теплопроводности; с — весовая теплоемкость; р — плот-
ность.
Для решения уравнения (II. 7) необходимо задаться опреде-
ленными начальными и граничными условиями, которым оно
должно удовлетворять. Математическая формулировка условий
теплообмена на граничных поверхностях зоны резания представ-
ляет значительные трудности. Поэтому многие исследователи вво-
дили целый ряд допущений и упрощений, значительно снижаю-
щих ценность решения задачи. Конечные формулы получались
громоздкими, содержащими большое количество трудноопределя-
емых коэффициентов и не удобными для практического использо-
вания. Например, для приближенного исследования температур-
ного поля в системе инструмент — стружка — изделие было исполь-
зовано решение классической задачи о неограниченном теплоотводе
от торца подогреваемого стержня (стружка — сплошной стержень).
Наиболее широкое распространение получил в настоящее время
так называемый «метод источников», позволяющий путем сравни-
тельно несложных преобразований представить температурное
поле в виде определенного интеграла или сходящегося ряда и ре-
шить линейные, плоские, а также пространственные задачи рас-
* Под термином «температурное поле» подразумевается совокупность
различных значений температур во всех точках деформированного объема
в определенный момент времени.
41
пространения тепла. При этом принимается, что источники тепла
могут быть местные, сосредоточенные или распределенные, непод-
вижные и подвижные, мгновенные и длительного действия.
Используем общее уравнение теплопроводности:
к (®) тг1 + 4~ Iх (®) 5М+4- Iх (®) ¥1+
ди ср I дх L '	, дх J 1 ду [ v ' ду J 1 dz |_ ' f dz J 1
I 00 I 00 •	00)	/ТТ o\
+ + <IL8)
где vz — проекции вектора скорости перемещения тепло-
вого источника в зоне резания на оси х, у, z.
При неподвижном источнике vx = vy ~ vz = 0 уравнение
(II. 8) приводится к уравнению (И. 7), а при установившемся про-
цессе теплообмена = 0.
Сложность решения общего уравнения теплопроводности мето-
дом источников связана с тем, что: а) процесс распространения
тепла в зоне резания всегда нелинеен; б) на распространение
тепловых потоков в зоне резания влияет анизотропия свойств и
структура обрабатываемых и инструментальных материалов;
в) теплофизические константы материалов заготовок и инструмен-
тов изменяются с изменением температуры. Например, с увеличе-
нием температуры нагрева коэффициент теплопроводности X
жаропрочных сплавов изменяется:
Температура в °C............ 20
Коэффициент X для ХН77ТЮР
(ЭИ 437Б):
в кал/см • с • град.....	0,03
в Вт/мК................. 12,57
600	700	800	900
0,056	0,06	0,067	0,074
23,46	25,15	28,07	31
Метод источников позволяет учесть ограниченность размеров
деталей и характер распространения тепла от источника, считая,
что ограничивающие поверхности не пропускают тепловых потоков
(«метод отражений»). При этом вводятся дополнительные («от-
раженные») источники тепла, влияющие на состояние поля темпе-
ратур, так же как и теплообмен на граничных поверхностях.
Весьма плодотворным является сочетание метода источников
с основными положениями теории подобия. Безразмерные критерии
позволяют установить подобие тепловых явлений при различных
видах технологических процессов.
Линеаризация основного дифференциального уравнения тепло-
проводности (II. 8) производится путем осреднения теплофизи-
ческих коэффициентов в узком интервале температур, представле-
ния мощности источников линейной функцией температуры и
принятия постоянной скорости перемещения источника. При этом
не учитываются тепловые эффекты фазовых и структурных превра-
щений и другие факторы.
Распределение тепла от подвижного сосредоточенного источ-
ника рассматривается как совокупность наложенных друг на друга
42
процессов выравнивания теплоты мгновенных элементарных источ-
ников. При этом координаты точек температурного поля х, у, z
перемещаются вместе с подвижными источниками. Тепло Q,
внесенное в точный элемент R = 0 неограниченного теплопровод-
ного тела в момент времени т = О, выравнивается по экспонен-
циальному закону:
0 (R, т) =-----—ехр ( — 7^“-^,	Щ 9)
су (4лает)3/2	\	/	\ • /
где R = Vx2 + y2 + z2 — величина пространственного радиус-
вектора, являющегося расстоянием эле-
мента поля В от теплового источника
А (рис. II. 15).
Уравнение (II. 9), впервые полученное В. В. Кельвином,
является главным решением дифференциального уравнения теп-
лопроводности при исследовании целого
ряда технологических задач. Например,
при расчете поля температур в зоне
резания (инструмент — стружка — де-
таль) делают следующие допущения:
а) стружка рассматривается как беско-
нечный стержень, деталь — полу беско-
нечное тело, а инструмент — жесткий
несимметричный клин; б) весь деформи-
рованный объем заменяют только одной
«плоскостью скалывания» (плоский на-
клонный источник тепла постоянной
интенсивности), что в значительной
степени снижает количество выделяю-
щегося при деформировании тепла;
в) принимается, что на площадках контакта обрабатываемого мате-
риала с режущей частью инструмента возникают плоские источники
постоянной интенсивности. Даже подобная схематизация процесса
резания, значительно упрощающая возникающие физические
явления, приводит к сложным математическим преобразованиям
и уравнениям. Поэтому для решения уравнений распространения
тепловых потоков и определения температур в зоне резания
(в условиях, близких к реальным), применяют счетно-решающие
машины и электромоделирующие устройства.
На рис. II. 16 приведены температурные поля, полученные
разными исследователями экспериментальным путем (использо-
вание радиационно-оптического метода) и рассчитанные по методу
источников, при свободном резании (точении) стали примерно
в одинаковых условиях. Несмотря на некоторое несовпадение
числовых величин, связанное с погрешностями измерений и рас-
четов, общая картина распределения изотерм идентична. Харак-
тер распределения температур в зоне резания хорошо согласу-
ется с современными представлениями о поле деформаций, а наи-
43
1Z
Рис. 11.15. Расчет темпе-
ратурного поля
большие температуры возникают в области максимальных дефор-
маций (см. зона II, рис. II. 3) и на контактных площадках.
Расчеты температурного поля методом источников позволяют
получить данные для обоснования применения тех или иных сма-
зочно-охлаждающих веществ, способов их подвода к зоне резания
и конструирования инструментов с внутренним охлаждением. При
аналитическом построении температурного поля в зоне резания
появляется возможность учитывать изменение теплофизических
а)	5)
Рис. 11.16. Температурные поля в зоне резания (материал сталь 45),
полученные:
а — расчетным путем, v == 26,2 м/мин, а = 0,5 мм, у = 4°; б — радиационно-
оптическим методом (v == 23 м/мин, а = 0,6 мм, у = 30°)
параметров (Л, ае, с, ©плав) в зависимости от изменения темпера-
туры и оценить их влияние на обрабатываемость резанием.
Применяя метод источников, можно на основании расчетов
получить представление о тепловых явлениях при резании изно-
шенным инструментом и дать практические рекомендации по
выбору размеров и формы передней поверхности инструментов.
Результаты расчетных методов, подтверждаемые экспериментами
дают возможность расширить имеющиеся представления о теп-
ловых процессах при резании и управлять ими.
§ 5. Физические явления в зоне контакта
инструмента и обрабатываемого материала
Физические и химические явления на поверхностях контакти-
рующих тел весьма многообразны и сложны. Особое значение имеют
контактные явления при резании материалов, когда возникают
условия трения, редко встречающиеся при обработке давлением и
при работе деталей машин. Происходит деформирование и разру-
шение поверхностных слоев режущего клина. На передней поверх-
ности инструмента образуются налипы и наросты, изменяющие
характер стружкообразования, ухудшающие качество обработан-
44
нои поверхности и разрушающие режущую часть инструмента.
В контактной области возникает целый ряд поверхностных явле-
ний: адсорбция, адгезия, коррозия, диспергирование, упрочне-
ние и разупречнение поверхностных слоев, диффузия, когезия,
эрозия, окисление, охрупчивание и другие физико-химические
процессы. Даже такое беглое перечисление подчеркивает сложное
состояние контактирующих поверхностей при работе их в раз-
личных средах, разных температурных условиях и при сложных
способах нагружения, имеющих место при резании. В свою оче-
редь, контактные явления оказывают существенное влияние на
характеристики и протекание таких процессов, как: деформиро-
вание и разрушение обрабатываемого материала, вибрации, вы-
деление и распространение тепла в зоне резания и структурно-
фазовые превращения в поверхностных слоях. Наиболее сложным
контактным процессом является трение.
Трение твердых тел разделяется на внешнее и внутреннее,
принципиально отличающиеся друг от друга. В случае внутрен-
него трения, имеющего место при деформировании материала,
расположенного впереди режущего клина, и упругом последей-
ствии в поверхностных слоях детали, происходит передача коли-
чества движения от слоя к слою и превращение механической
энергии сдвигов в тепло во всем объеме. При этом поверхности
касания непрерывны и их размеры не зависят от нагрузки. Вну-
треннее трение играет также большую роль в механике жидкостей
и газов. Внешнее трение всегда сопровождается соприкосновением
двух тел в отдельных точках, т. е. контакт дискретен и его пло-
щадь зависит от величины приложенной нагрузки. При этом
деформирование и разрушение, а следовательно, и тепло локали-
зуются в тонком поверхностном слое.
При исследовании внешнего трения необходимо изучать слож-
ный комплекс физико-химических процессов на макро- и микро-
уровне, в статике и динамике. Необходимо сочетать макроскопи-
ческие представления о характеристиках контакта с микроскопи-
ческими и субмикроскопическими представлениями об атомных
механизмах адгезии и диффузии.
Для объяснения сущности процесса внешнего трения наиболее
плодотворной является молекулярно-механическая теория, ус-
пешно развиваемая советскими учеными (П. А. Ребиндер,
В. Д. Кузнецов, Б. В. Дерягин, И. В. Крагельский, А. С. Ахматов,
Б. И. Костецкий, П. Е. Дьяченко и др.). Наряду с процессами
механического зацепления шероховатостей с последующим их
деформированием и разрушением она описывает процессы меж-
молекулярного взаимодействия между твердыми телами. Уста-
новлено, что даже идеально гладкие контактирующие поверхности
монокристаллов ведут себя как шероховатые (атомно-молекуляр-
ная шероховатость), и трение обусловливается действием оттал-
кивающих сил, развивающихся при сближении электронных
оболочек атомов тонких поверхностных слоев.
45
В зависимости от кинетических признаков относительного пе-
ремещения различают; трение скольжения, трение качения и
трение верчения.
По состоянию трущихся поверхностей рассматривают следую-
щие виды трения: а) чистое — трение при отсутствии окисных
пленок, сопровождающееся адгезией и холодной сваркой; б) су-
хое — трение окисленных поверхностей без смазки и загрязнений;
в) граничное — трение при наличии тонкого слоя смазки, имею-
щего слоистое строение в пограничной зоне; г) жидкостное — тре-
ние при полном разделении поверхностей слоем смазки; д) полу-
сухое и полужидкостное — смешанное трение. Особое внимание
в теории трения уделяется определению коэффициента трения.
По механической тебрйи Аммонтона — Кулона коэффициент тре-
F
ния ц==-^-, т. е. равен отно-
шению силы трения к нормаль-
ной нагрузке.
Сила трения является сум-
мой элементарных сил, возни-
кающих на дискретных площад-
ках касания:
F — Fдеф -|- F адг,
где ^ф — сила, затрачиваемая
на пластическое деформирова-
ние; Т^адг — сила, расходуемая
на преодолении адгезионных
связей.
Современные исследования
показали, что ц зависит от фи-
зико-химических свойств трущихся материалов, состояния по-
верхностей, температуры трения, скорости трения, распределения
силы N по площадке контакта, характера и вида трения и дру-
гих факторов. Поэтому экспериментальное и расчетное определе-
ние величины ц для различных трущихся пар и разных условий
трения представляет большие трудности.
Трение при обработке резанием имеет свои специфические
особенности, которые в основном сводятся к следующим: 1) возни-
кают различные виды трения (граничное и жидкостное встреча-
ются редко); 2) особую роль играет чистое трение, приводящее
к интенсивному разрушению режущего клина; 3) взаимное сопри-
косновение трущихся поверхностей заготовки и режущего ин-
струмента происходит только один раз и носит сложный характер;
причем физический . микро- и субмикрорельеф (рис. II. 17) не
имеет ничего общего с технологическим макрорельефом обработан-
ной поверхности, образующимся при различных видах обработки
(точении, сверлении, фрезеровании и др.); 4) трение происходит
при очень больших давлениях 3-104 ат (2943 МПа), высоких тем-
46
Рис. 11.17. Схема неровностей кон-
тактных поверхностей:
1 — макронеровности; 2 — микронеров-
ности; 3 — субмикронеровности
пературах, доходящих до температур плавления, и значительных
истинных площадях контакта; 5) сложное распределение нормаль-
ных и касательных нагрузок по контактным поверхностям ин-
струмента (рис. II. 18).
Обычно рассматривают пластический и упругий контакты. Чаще
всего в реальных условиях резания на передней и задней поверх-
ностях клина имеет место смешанный контакт. Одна часть кон-
такта (вблизи режущей кромки) находится в условиях интенсив-
ной адгезии и образует так называемый пластический контакт
(СВ и CN). Другая часть, прилегающая к границе отрыва стружки
(передняя поверхность — точка Л) и начала упругого восстанов-
ления (задняя поверхность — точка М), испытывает граничное
Рис. 11.18. Схема распределения
контактных нагрузок на передней
и задней поверхностях инстру-
мента:
— нормальные нагрузки, касатель-
ные нагрузки на передней поверхно-
сти т и на задней поверхности
п. п
' I — длина пластического кон-
3« п пл
такта; I — длина упругого кон-
такта; точка, в которой т — О
трение и образует область упругого контакта (ВА и NM). Вели-
чина контактов (Zn.n и ^з.п) зависит от толщины срезаемого слоя,
размеров зоны деформации, коэффициента трения, наличия на-
ростов и налипов на поверхностях инструмента; 6) большие пе-
ременные значения коэффициента трения (р,	1), объясняющиеся
интенсивной адге.зией и диффузией *. Величина среднего коэф-
фициента трения в основном зависит от скорости резания (скоро-
сти нагружения), толщины среза и величины переднего угла
режущего клина; 7) сложное взаимное влияние вибраций и харак-
тера трения; 8) жесткий режим трения, приводящий к появлению
наростов и интенсивному разрушению поверхностных слоев ре-
жущего клина.
Физико-математическое описание процесса трения при реза-
нии необходимо для разработок рекомендаций по рациональной
эксплуатации режущих инструментов, повышению их прочности
и износостойкости.
* Исследования показывают, что вблизи режущей кромки есть точка
(С, рис. II. 18), в которой р = 0 и происходит разрыв волокон материала.
47
Наростообразование. При некоторых условиях резания на пе-
редней поверхности инструмента появляется слоистое металличе-
ское образование, называемое наростом *. Существует много
различных гипотез о причинах возникновения наростов, что свиде-
тельствует о малой изученности природы наростообразования.
Наростообразование находится в тесной взаимосвязи с услови-
ями трения, высокими контактными температурами и давлениями.
Наиболее вероятной причиной наростообразования можно счи-
тать возникновение несимметричной клинообразной застойной
зоны упрочненного материала впереди режущего клина, а также
Рис. 11.19. Схема наростообразо-
вания и влияние нароста на раз-
мер детали:
1н — длина нароста; hH — высота на-
роста; Рн и бн — соответственно углы
заострения и резания при наличии на-
роста; |3 и 6 — соответственно углы
заострения и резания инструмента; D
и — соответственно диаметры де-
тали
торможение (схватывание) тонких контактных слоев стружки на
шероховатой передней поверхности инструмента (рис. II. 19)
вследствие наличия чистого трения, высоких коэффициентов тре-
ния и значительной реальной площади контакта.
Нарост обладает особыми свойствами: а) имеет неоднородную
слоистую структуру, существенно отличающуюся от структуры об-
рабатываемого материала и материала режущего инструмента;
тонкие слои нароста состоят из сильно деформированных раздроб-
ленных зерен металла с плохо выраженной текстурой (рис. II. 20);
б) нарост может иметь разную форму и размеры; с увеличением
скорости резания размеры нароста hH увеличиваются, достигают
максимальных величин, а затем уменьшаются (рис. II. 21); при
увеличении переднего угла у размеры нароста уменьшаются;
в) нарост обладает высокой твердостью и значительной вязко-
стью (он режет материал); с увеличением контактной температуры
твердость нароста резко падает; г) высокая контактная темпера-
тура приводит к рекристаллизации материала нароста и снижению
* Впервые объяснение процесса образования нароста дал Я. Г. Усачев
(1912-1915 гг.).
48
его прочности. Нарост теряет свою режущую способность, кон-
тактные силы адгезии уменьшаются, нарост раздавливается и
уносится стружкой. Частично нарост вдаливается в обработанную
поверхность. Частота срывов нароста увеличивается (до несколь-
ких сотен раз в минуту) с возрастанием скорости резания, умень-
шением переднего угла у и увеличением толщины срезаемого слоя.
Явление наростообразования имеет большое значение в прак-
тике обработки резанием при следующих показателях: 1) нарост
изменяет величину угла резания д, а следовательно, изменяет
Рис. 11.20. Структура нароста — микрошлиф корня стружки Сплава
ХН77ТЮР (ЭИ437Б)
сопротивление резанию и условия трения; 2) нарост ухудшает
класс чистоты обработанной поверхности; 3) нарост защищает
заднюю поверхность инструмента от разрушения и изменяет раз-
меры детали (см. рис. II. 19); 4) для каждого материала существует
определенный диапазон скоростей резания, в котором величина
нароста максимальна; 5) периодические срывы нароста приводят
к возникновению вибраций, ухудшающих качество обработки;
6) нарост не допустим при чистовой обработке; 7) наросты могут
образовываться при резании твердосплавными, стальными, минера-
локерамическими и алмазными инструментами различных мате-
риалов (в том числе и при обработке титановых и жаропрочных
сплавов). Но наибольшей величины наросты достигают при ре-
зании пластичных металлов с образованием сливных стружек
инструментами, изготовленными из углеродистых и быстрорежу-
щих сталей.
49
Для борьбы с наростообразованием, в особенности при чисто-
вой обработке, необходимо правильно выбирать режимы резания и
геометрические параметры инструмента, применять смазку и
охлаждение, тщательно затачивать и доводить поверхности ре-
жущего клина.
Очень важным для практики обработки резанием является ис-
следование процессов деформирования и разрушения режущей
части инструментов. В результате проведения многочисленных
исследований процесса резания
установлено, что при взаимодей-
ствии инструмента и обрабаты-
ваемого материала в результате
изнашивания на передней поверх-
ности клина образуется лунка, а
на задней поверхности — площад-
ка, т. е. имеет место износ инстру-
мента как результат многократно-
го нарушения фрикционных свя-
зей. Износ происходит при резании
любых материалов и при всевоз-
можных режимах обработки. В за-
висимости от условий резания и
свойств материалов (обрабатывае-
мого и инструментального) наи-
большую интенсивность изнашива-
ния может претерпевать передняя
или задняя поверхности инстру-
Рис. 11.21. Влияние высоты нароста на
коэффициент трения ц, силу резания Р,
коэффициент укорочения стружки Кц
угол резания 6Н, величину шерохова-
тости Rz при резании стали 40Х на
различных скоростях v
мента (рис. II. 22). При одновременном износе по передней и задней
поверхностям фаска / (рис. II. 22, в) уменьшается и происходит
разрушение режущей кромки (рис. II. 22, а). В некоторых случаях
преимущественно при резании инструментами из быстрорежущих
и углеродистых сталей происходит пластическое деформирование
режущего клина (рис. II. 22, д).
На основании исследований отечественных и зарубежных уче-
ных появилась возможность систематизировать различные виды
износа и объяснить их физическую природу.
Наиболее распространенным является абразивный износ инстру-
ментов, происходящий путем царапания и истирания отдельных
участков поверхностей инструмента твердыми включениями, нахо-
дящимися в обрабатываемом материале. Отделение частичек
материала происходит путем микрорезания, глубинного выры-
50
вания и повторного деформирования, приводящего к разрыхлению
поверхностных слоев. Адгезионный износ связан с молекулярным
взаимодействием поверхностных слоев режущего инструмента и
обрабатываемого материала. Наличие в области контакта чистого
трения значительно активизирует адгезионный износ (схваты-
вание, прилипание, холодная сварка). При скольжении стружки
все время происходит процесс разрушения и возникновения
«мостиков сварки» и адгезионных пятен. Частицы материала
вырываются с поверхности инструмента и уносятся со стружкой.
Рис. 11.22. Характер износа режущего клина:
а — износ только по передней поверхности 0л> Лл —- соответственно длина и глубина
лунки); б — износ только по задней поверхности (h3 — длина площадки); в — износ
одновременно по задней и передней поверхностям (/ — фаска); г — износ, приводящий
к разрушению режущей кромки (Ьп и Ь3 - ширина износа по передней и задней поверх-
ностям); д — пластическая деформация стального режущего клина
Аналогичный характер имеет адгезионный износ по задним по-
верхностям инструмента. При резании на высоких скоростях,
при больших контактных температурах и давлениях возможно
возникновение явления диффузии. Диффузионное растворение
обрабатываемого и инструментального материала приводит к раз-
рушению тонких поверхностных слоев режущего инструмента.
На передней поверхности также образуется лунка. Наиболее
активно диффузионному износу подвергаются твердые сплавы.
В условиях активного охлаждения зоны резания и газонасы-
щения контактных слоев возможно наличие абразивно-химичес-
кого износа (окислительный, коррозионный износ). При агрессив-
ном воздействии смазочно-охлаждающих веществ происходит раз-
рушение поверхностных слоев путем образования окислов, раст-
равливания и растворения зерен в сочетании с царапанием, исти-
51
раннем и схватыванием (в особенности при резании инструмен-
тальными сталями).
Некоторые исследователи считают, что возникающие в кон-
тактной области термотоки, а также термомагнитные и гальвано-
магнитные эффекты могут влиять на интенсивность износа ин-
струмента (электродиффузионный износ). Для количественной
оценки величины износа существуют различные методы.
1.	Измерение линейных размеров следов износа на передней
и задней поверхностях, а также определение объема и веса уда-
ленного материала.
2.	Косвенные методы оценки величины износа, связанные
с увеличением шероховатости обработанной поверхности, увели-
чением размеров детали («размерный износ»), увеличением сил
резания и температуры резания.
3.	Метод радиоактивных изотопов позволяет определить ве-
личину износа в любой момент времени работы инструмента. Отно-
сительный износ оценивается измерением радиоактивности струж-
ки, содержащей продукты износа облученного инструмента.
Сложность оборудования, необходимость тщательного соблю-
дения техники безопасности значительно снижают возможности
применения этого метода.
§ 6. Смазка и охлаждение при резании материалов
Смазочно-охлаждающие вещества оказывают значительное влия-
ние на процесс резания. Тепло, идущее в инструмент, и высокие
контактные давления активизируют адгезионные и диффузионные
процессы на контактных поверхностях, изменяют условия проте-
кания контактных процессов. Все это приводит к увеличению
износа инструмента, снижению точности обработки и увеличению
шероховатости обработанной поверхности.
Для повышения стойкости инструментов необходимо снизить
общую тепловую напряженность процесса резания и обеспечить
интенсивный отвод тепла от нагретых участков зоны резания
и режущего инструмента. Так как основным источником образова-
ния тепла является механическая энергия, то прежде всего необ-
ходимо уменьшать работу деформации и трения. Трение, заторма-
живающее контактные слои стружки при движении ее по передней
поверхности инструмента, приводит к изменению направления
сдвигов, а следовательно, и к увеличению общей работы пласти-
ческих деформаций.
Смазочное действие различных веществ приводит к снижению
не только работы трения, но и работы деформации и, следова-
тельно, к уменьшению общего количества выделяющегося тепла.
Смазочное действие является суммарным эффектом взаимодей-
ствия внешней среды (жидкости, газы), окружающей зону резания,
с нагретыми контактирующими поверхностями инструмента и
обрабатываемого материала. При резании на контактных пло-
52
щадках возникают давления порядка 3-104 ат (2943 МПа) и тем-
пературы, близкие к температурам плавления. Это в значительной
степени затрудняет попадание смазочных веществ на контактные
поверхности. Но так как трущиеся поверхности обычно имеют
значительную шероховатость, то в местах соприкосновения вы-
ступов давления очень велики, а в пустотах образуется вакуум.
Частицы смазочных веществ засасываются в пустоты и проникают
в микротрещины. Проникающее действие среды связано с явле-
ниями капиллярности и адсорбции. На контактных поверхностях
появляется смазочная пленка, причем вещество, из которого со-
стоит пленка, образуется в процессе контактирования трущихся
поверхностей.
Физико-химическая природа воздействия смазочно-охлаждаю-
щих веществ (СОВ) при резании значительно отличается от ме-
ханизма смазки при работе деталей машин. При резании тончай-
шие слои смазочной пленки, соизмеримые с величиной молекул,
образуются в результате взаимодействия контактных поверхно-
стей с окружающей смазочной средой в условиях граничного
трения. Следовательно, эффективность действия смазочно-охлаж-
дающей жидкости (СОЖ) за/ исит не только от физико-химичес-
ких свойств и способов применения, но и от свойств инструмен-
тального и обрабатываемого материалов, а также режимов резания.
В некоторых случаях нагретые контактные поверхности оказы-
вают каталическое действие и температура начала разложения
СОЖ снижается. При контактных температурах порядка 5002 С
происходит активное термическое разложение (пиролиз) угле-
родов СОЖ и их эффективность значительно снижается. При ре-
зании на больших скоростях может происходить полимеризация
углеводородов и образование элементов твердой смазки.
Большое смазочное действие оказывает кислород воздуха,
ускоряющий окислительные процессы углеводородов, имеющихся
в СОЖ. Смазочные вещества подбирают так, чтобы пленка имела
низкое сопротивление сдвигу, высокую температуру плавления,
обладала прочным сцеплением с трущимися поверхностями и
образовывалась очень быстро *.
Для активизации действия смазок к ним добавляются хими-
чески активные вещества, содержащие фосфор, серу, хлор и йод.
Под влиянием высоких температур и давлений эти присадки обра-
зуют с материалом контактных поверхностей соединения, пони-
жающие трение, — фосфиды, хлориды, сульфиды и дийодиды.
При резании жаропрочных и титановых сплавов добавленный
в СОЖ йод вызывает реакцию при соприкосновении с нагретой
неокисленной контактной поверхностью и приводит к образова-
нию тонкого антифрикционного слоя пластинчатого дийодида,
значительно снижающего силу трения.
* При средних скоростях резания время контакта части стружки с перед-
ней поверхностью инструмента порядка 10~2—10“3 с; при резании на больших
скоростях возможно образование металлических пленок.
53
Основную роль в снижении теплонапряженности процесса ре-
зания играют охлаждающие способности различных веществ и
способы их подвода в зону резания. Охлаждающие вещества должны
обладать высокой теплопроводностью и объемной теплоемкостью,
значительной скрытой теплотой парообразования и низкой вяз-
костью. Действие охлаждающей среды при резании сопровожда-
ется конвективным теплообменом, способствующим снижению тем-
пературных деформаций и повышению стойкости инструмента,
а также испарением и излучением. Конвективный перенос тепла
на границе между жидкостью и твердым телом описывается урав-
нением
-Х-||-=а(01-02),	(П.Ю)
где % — коэффициент теплопроводности; — градиент темпера-
туры; а — коэффициент конвективной теплопередачи; 0Х — (За-
разность температур жидкости и твердого тела.
Чем больше коэффициент а, тем интенсивнее теплообмен
и эффективнее охлаждение.
Помимо охлаждающе-смазочного действия, активные моле-
кулы жидкостей, проникая в микротрещины поверхностного слоя
стружки или детали, адсорбируются на поверхностях трещины,
оказывают расклинивающее действие и тем самым могут спо-
собствовать разрушению поверхности срезаемого слоя. Подобное
диспергирующее влияние жидкости может иметь место при снятии
тонких стружек (а 0,2 мм) и на малых скоростях резания.
При резании хрупких материалов при абразивной обработке
важным является вымывающая способность СОЖ, т. е. удаление
жидкостью мелких частиц стружки и продуктов износа. Для этого
СОЖ должна обладать высокой поверхностной активностью,
хорошо смачивать твердые частицы и образовывать вокруг них
поверхностные пленки.
Существующие смазочно-охлаждающие вещества, применяе-
мые при резании, можно разделить на несколько групп.
А. Жидкости. 1. Водные растворы мыл, масел и минераль-
ных электролитов, эмульсии (двухфазная дисперсная система,
состоящая из жидкостей, не смешивающихся друг с другом).
2.	Минеральные, животные и растительные масла (сурепные,
льняные, касторовые и другие масла), минеральные масла с до-
бавками фосфора, серы и хлора, сульфофрезолы (осерненные
масла), олеиновая кислота, четыреххлористый углерод и др.
3.	Керосин и растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ)
в керосине, керосин с добавками растительных масел.
4.	Масла и эмульсии с добавками твердых смазочных веществ
(коллоидный графит, хлорированный парафин, воск, двухсер-
нистый молибден и др.).
Б.	Газообразные вещества. 1. Газы (СО2, азот,
воздух и др.).
54
2. Пары поверхностно-активных веществ.
3. Распыленные жидкости и пена.
В. Твердые вещества. 1. Порошки мыл и парафина,
петролатум, битум, воск, графит, двусернистый молибден, сода,
хлористый кальций, лярд и др.
2. Металлические порошки (медные, алюминиевые).
В некоторых случаях твердые смазки наносятся непосредст-
венно на поверхности режущих инструментов, но чаще применя-
ются в виде добавок к СОЖ. Применяемые в процессе резания
СОЖ должны оказывать хорошее смазочное и охлаждающее
действия (рис. II. 23). Лучшими СОЖ являются те, которые наряду
с высокими охлаждающими свойствами имеют хорошую масля-
нистость и вымывающую способность. Также необходимыми
РиС. 11.23. Влияние охлаждающих
сред и скорости резания v на тем-
пературу резания (термопара ре-
зец — деталь) при точении стали
IX18H9T (у = 15°, а = 10°), подача
$ = 0,31 мм/об;
1 — без охлаждения; 2 — охлаждение
углекислотой; з — охлаждение кислоро-
дом; 4 — охлаждение 10%-ной масляной
эмульсией под давлением 10 кгс/см2;
5 — охлаждение смесью 5 %-ной масляной
эмульсии и 2% сульфофрезола (полив)
требованиями, предъявляемыми к СОЖ, являются:высокая со-
противляемость расслаиванию и старению, удобство в эксплуата-
ции и хранении, возможность ликвидации отработанных СОЖ и,
что наиболее важно, безвредность для обслуживающего персонала
и оборудования. Эмульсии и водные растворы применяются в ос-
новном для обеспечения активного охлаждения. Всевозможные
масла и керосин обладают хорошей смачиваемостью и значительно
снижают трение. Добавки мелкодисперсных порошков поверх-
ностно-активных веществ повышают эффективность их смазочного
действия и увеличивают теплопроводность. Определенный интерес,
в особенности при резании труднообрабатываемых материалов,
представляет охлаждение жидкостями с пониженной температурой
(—5 4----209 С). При этом жидкости не должны замерзать и
изменять свою вязкость, а также не должны терять своих сма-
зочных свойств. Для подачи низкотемпературных жидкостей в
зону резания требуются специальные насосно-холодильные уста-
новки.
Газообразные вещества обладают не только смазочно-охлаждаю-
щими свойствами, но и способностью химического воздействия.
В этом случае охлаждающий эффект повышается вследствие низ-
кой температуры подаваемой струи газа, а не вследствие теплоты
55
парообразования, которая у газов незначительна. При охлажде-
нии газами необходимо строго соблюдать правила техники безо-
пасности.
Пары поверхностно-активных веществ, образовавшиеся в ре-
зультате испарения жидкостей на нагретых поверхностях зоны
резания, окутывают режущую часть инструмента, проникают в
зону контакта и с высокой скоростью реагируют с неокисленной
поверхностью стружки. Образуется достаточно прочная смазоч-
ная пленка. Свободное испарение жидкостей на нагретых поверх-
ностях происходит со значительным поглощением тепла. Это явле-
ние в наибольшей степени имеет место при охлаждении распылен-
ными жидкостями (туманом).
В специальных смесителях жидкость (вода, эмульсия или
масла) и воздух смешиваются под давлением 2—3 ат (19,62 4-
4- 29,43)104 Па и расплыливаются на мельчайшие частицы. Далее
смесь подается через сопло (скорость на выходе достигает 250—
300 м/с) к зоне резания. Исследования показали, что применение
распыления значительно снижает расход охлаждающих жидкостей,
повышает класс чистоты обработанной поверхности и точность
обработки, а также повышает стойкость инструмента. Метод тре-
бует тщательного соблюдения правил техники безопасности.,
Охлаждение пеной применяется при обработке деталей слож-
ной конфигурации. Охлаждающая жидкость продувается возду-
хом в специальных устройствах. Образовавшаяся пена не раз-
брызгивается, а обволакивает зону резания. Недостатком этого
метода является более низкий смазочно-охлаждающий эффект,
чем в предыдущих методах. Охлаждение газообразными вещест-
вами имеет ограниченное применение и используется в тех слу-
чаях, когда охлаждение жидкостями применять нельзя.
Эффективность действия смазочно-охлаждающих жидкостей
в значительной степени зависит от способов подвода их к зоне
резания. Наибольшее распространение в промышленности по-
лучил метод охлаждения падающей струей (поливом) (рис. II. 24, а).
Метод прост, но обладает недостатками: малая скорость струи,
большой расход жидкости (8—12 л/мин), разбрызгивание жидкости,
низкое смазочное действие. Высоконапорное охлаждение [дав-
ление струи 15—20 кгс/мм2 (150 4- 200-104 Па), насадка 0 0,5—
0,7 мм] позволяет подавать жидкость тонкой струей с большой ско-
ростью со стороны задней поверхности инструмента (рис. II. 24, б).
В результате высокого давления частицы жидкости интен-
сивнее проникают в микротрещины и зазоры зоны контакта.
Значительная часть жидкости превращается в пар и охлаждает
нагретые поверхности.
При низконапорном охлаждении струя жидкости подводится
под давлением 0,5—2,0 кгс/мм2 (5 4- 20)104 Па через насадку
0 3—5 мм. При некоторых условиях резания определенный
эффект дает подвод жидкости со стороны передней поверхности
непосредственно под стружку или через тело резца (рис. II. 24, б).
56
Струйное охлаждение значительно повышает стойкость ин-
струментов (в особенности при резании жаропрочных и титановых
сплавов), но имеет недостатки: необходимость применения специ-
альных насосов, тщательная очистка СОЖ, необходимость точ-
ного регулирования давления струи и ее направления, сильное
разбрызгивание жидкости, требующее применения защитных уст-
ройств. В некоторых случаях, например, при сверлении или при
точении малопластичных материалов (чугун, бронза) применя-
0)
Рис. 11.24. Схемы подвода СОЖ к зоне резания:
а — полив свободнопадающей струей; б — струйное охлаждение (высоко- и низконапор-
ное); в — внутреннее охлаждение резца; г — сверло с трубками для подачи СОЖ к зоне
резания
ется внутреннее охлаждение инструментов (рис. II. 24, в, г).
При этом снижается вредное действие СОЖ на организм рабочего
и загрязнение рабочего места.
Для внутреннего охлаждения используются только сильно-
охлаждающие жидкости, которые прокачиваются по каналам,
изготовленным внутри инструмента, или по специальным труб-
кам, вмонтированным в инструмент. Например, создан полый
твердосплавный резец, охлаждаемый внутри жидким фреоном-12.
Резец выполняет роль испарительной камеры. Для подачи и отсоса
фреона применяется специальная компрессорная установка.
Во всех случаях при организации подвода СОЖ к зоне реза-
ния необходимо следующее:
1.	Смазочно-охлаждающая жидкость должна подаваться как
можно ближе к зоне резания.
57
2.	Частицы СОЖ, проникающие в зону резания, должны иметь
максимальные поверхность (распыление СОЖ) и скорость обтека-
ния нагретых частей (струйное охлаждение).
3.	Значительное снижение температуры подводимых СОЖ и
газообразных веществ.
4.	Максимально возможное облегчение доступа кислорода
в зону контакта, активизирующее процесс образования пле-
нок.
5.	Максимальное увеличение площади одновременно охлаждае-
мых участков зоны резания.
6.	Тщательная очистка СОЖ и соблюдение правил техники
безопасности.
Правильное применение смазочно-охлаждающих веществ поз-
воляет в ряде случаев (особенно при обработке- инструментами
из быстрорежущих сталей) повысить производительность обработки
резанием в 2—3 раза, а стойкость инструментов — в 8—10 раз.
§ 7. Основные сведения о вибрациях
при резании конструкционных материалов
При определенных условиях процесс резания теряет устойчи-
вость. Потеря устойчивости системы СПИД (станок—приспособ-
ление—инструмент—деталь) характеризуется возникновением виб-
раций — вредных периодических колебательных движений. Ко-
лебания инструмента относительно заготовки (или, наоборот,
заготовки относительно инструмента) вызывают периодическое
изменение толщины срезаемого слоя и сил резания, изменение
величины и характера нагрузок на станок, возрастающих в нес-
колько раз по сравнению с устойчивым резанием. При вибрациях
возникает шум, утомляющий рабочих, ухудшается качество
обработанной поверхности. Стойкость инструмента, особенно твер-
досплавного и минералокерамического, значительно снижается.
Знакопеременные динамические нагрузки снижают долговеч-
ность станка. При возникновении вибраций приходится умень-
шить режимы резания, вследствие чего снижается производитель-
ность и полностью не используется мощность станка.
При резании труднообрабатываемых материалов (жаропрочных,
титановых и нержавеющих сталей и сплавов и др.) возникнове-
ние вибраций является одним из главных препятствий повышения
эффективности процесса резания, качества и точности обработки
деталей.
В СССР развивается новое направление — принудительное
сообщение инструменту низкочастотных (работы ВНИИ, МВТУ
и др.) и ультразвуковых (работы МАИ, Куйбышевского авиацион-
ного института и др.) колебаний малой амплитуды для облегче-
ния процессов резания вязких труднообрабатываемых материа-
лов. Эти колебания, управляемые по величине и направлению,
нужно отличать от вредных колебаний — вибраций.
58
Рис. 11.25. Зависимость ам-
плитуды вибраций А от тол-
щины а и ширины Ь срезае-
мого слоя:
1 — Ь == 5 мм; 2 — Ъ = 4,7 мм;
3 — b » 3,7 мм
Колебания (вибрации) при резании бывают, как правило,
двух типов: вынужденные, когда причиной колебаний является
периодически действующая возмущающая сила, и автоколебания,
совершающиеся без действия внешней периодической возмущаю-
щей силы (колебания, самовозбуждающиеся в процессе стружко-
образования).
Вынужденные низкочастотные колебания при резании кон-
струкционных материалов могут быть вызваны дисбалансом вра-
щающихся частей станка, заготовки
и инструмента, дефектами передач
станка, неравномерным припуском,
колебаниями близко расположенного
оборудования. Способы борьбы с вы-
нужденными вибрациями хорошо из-
вестны — необходимо устранить дей-
ствие периодической возмущающей
силы. Это достигается балансиров-
кой инструмента (шлифовальных
кругов, фрез, резьбовых головок) и
заготовок, виброизоляцией фундамен-
тов станков и др.
Значительно более сложной зада-
чей является гашение вибраций,
имеющих автоколебательный харак-
тер. Автоколебания — процесс, при
котором переменная сила, поддер-
живающая колебательное движение,
создается и управляется самим дви-
жением и при прекращении этого
движения исчезает. Автоколебания
характеризуются тем, что они возни-
кают и поддерживаются источниками
энергии, не обладающими колебательными свойствами. Частота
автоколебаний почти не зависит от режимов резания, а опре-
деляется главным образом жесткостью системы и величиной коле-
блющихся масс.
Интенсивность вибраций при резании металлов, характери-
зуемая высотой вибрационных волн, зависит от многочисленных
факторов: элементов режима резания, геометрических параметров
инструмента, жесткости системы СПИД, демпфирующей способ-
ности обрабатываемого материала и материала инструмента.
Интенсивность вибраций растет с увеличением ширины Ъ и умень-
шением толщины а срезаемого слоя (рис. II. 25).
Существует «критическая зона» скоростей резания, в преде-
лах которой усиливаются автоколебания. Ширина «критической
зоны» зависит от жесткости системы, параметров Ъ и а срезаемого
слоя, геометрии инструмента и свойств обрабатываемого мате-
риала.
59
Колебательная система СПИД является системой с распреде-
ленными параметрами и поэтому имеет бесконечное число степеней
свободы. Для упрощения задачи рассматривают ее как систему
с конечным числом степеней свободы. В металлорежущем станке
обычно рассматривают две основные (доминирующие) колеба-
тельные системы: систему заготовки (заготовка, шпиндель, пиноль
и др.) и систему инструмента (инструмент, резцедержатель, суппорт
и др.). Обе системы имеют различные частоты собственных коле-
баний. Поэтому автоколебания при резании делят на два вида:
вибрации I рода —- низкочастотные (50—300 Гц) колебания заго-
товки, вызывающие звук низкого тона и создающие грубую
волнистость обработанной поверхности, и вибрации II рода —
высокочастотные (800—3 00<j) Гц) колебания инструмента, сопро-
вождающиеся звуком высо-
кого тона и создающие мел-
кую рябь на обработанной
поверхности.
Причинами возникнове-
ния автоколебаний при реза-
нии могут быть: уменьшение
сил трения при увеличении
скорости резания, образова-
ние и срыв нароста, перио-
дический процесс упрочнения
материала, запаздывание сил
резания при перемещениях
Рис. 11.26, Траектория относительного инструмента.
движения вершины инструмента при Изучением природы виб-
автоколебаниях	раций и способов их гашения
занимались советские и за-
рубежные ученые: В. А. Кривоухов, Н. А. Дроздов, А. И. Ка-
ширин, А. П. Соколовский, Ш. Дои и др. Установлено, что
вибрации при резании чаще всего носят автоколебательный
характер. В более ранних работах процесс колебаний рассматри-
вался как относительное движение инструмента и детали лишь
в одном направлении (одна степень свободы). В дальнейшем
В. А. Кудинов и И. Тлустый рассмотрели колебания в двух вза-
имосвязных направлениях на основе принципа координатной
связи. Переход от устойчивого движения к автоколебаниям про-
исходит следующим образом. Резец, будучи выведен из состояния
равновесия, начинает совершать движения по эллипсу (рис. II. 26).
При движении резца в сторону действия силы резания (участок 2)
толщина среза, а следовательно, и сила резания больше, чем при
движении резца навстречу силе резания (участок 7). Возникает
неоднозначность изменения силы резания по перемещению, т. е.
сила резания как бы подталкивает систему в такт колебаниям,
что приводит к нарастанию их интенсивности до величины, соот-
ветствующей состоянию энергетического равновесия (равенство
60
энергии, поступающей в колеблющуюся систему и расходуемой
на преодоление сил сопротивления). Устанавливается режим авто-
колебаний. Интенсивность вибраций зависит также от эффекта
последовательной «раскачки» — изменения сил резания при об-
работке волнистой поверхности, образованной автоколебаниями
на предыдущем проходе. Таким образом, первичные автоколеба-
ния складываются со вторичными резонансными вынужденными
колебаниями.
Дифференциальные уравнения автоколебаний нелинейны. Ли-
неаризация их позволяет упростить математический анализ явле-
ний. Решение линейных дифференциальных уравнений позволяет
найти условия возникновения автоколебаний.
„ Частоту и амплитуду установившихся автоколебаний можно
найти решением нелинейных дифференциальных уравнений. Эту
задачу с рядом упрощений для свободного резания решил проф.
В. А. Кудинов. Получены формулы, которые позволяют рассчи-
тать все параметры, определяющие движение вершины резца
в процессе автоколебаний, представляющее собой сумму двух
движений, сдвинутых по фазе на угол 0 относительно друг друга:
у = ^sincoT; z = 42shi((dt + 0),	(11.11)
где Ау и Az амплитуды колебаний в направлениях Y и Z.
Для вибраций II рода Az = (2 -ь 2,5) А .
В устойчивом поле сдвиг фаз между колебаниями в направле-
ниях Y и Z отсутствует (0 = 0). При переходе через границу
устойчивости (возникновения вибраций) появляется сдвиг фаз,
оба колебания складываются в плоское прямолинейное движение.
Ниже приведены способы и средства борьбы с автоколебательными
вибрациями.
Рациональная геометрия инструмента. Например, при точении
(см. гл. III) правильный выбор геометрии инструмента, особенно
главного угла в плане <р, является наиболее простым способом
уменьшения интенсивности вибраций. Увеличение угла <р в 3 раза
(с 30 до 90°) позволяет в ряде случаев повысить предельную ши-
рину среза Ьтах до 8 раз. Поэтому выбор геометрических пара-
метров инструмента (углы <р, фп у, а и радиуса г) следует вести
не только в зависимости от физико-механических свойств обра-
батываемого материала, но также и в зависимости от жесткости
системы СПИД.
Для гашения низкочастотных вибраций (I рода) при черновом
и получистовом резании Д. И. Рыжков предложил так называемую
виброгасящую фаску (рис. II. 27) шириной около 0,1 мм с очень
большим отрицательным передним углом у = — (80 4- 85°).
Действие этой фаски подобно работе слегка изношенным рез-
цом.
Повышение демпфирующей способности колебательной системы
СПИД. Увеличить демпфирующую способность узлов колебатель-
ной системы можно различными путями: применением демпфирую-
61
щих прокладок, изготовлением корпусов инструментов из материа-
лов с большим декрементом затухания (например, резцов с держав-
ками из чугуна), введением в колебательную систему специальных
демпфирующих устройств — виброгасителей. К таким устрой-
ствам относятся виброгасители, основанные на внешнем трении
твердых тел (фрикционные виброгасители), виброгасители, дей-
ствие которых основано на сопротивлении и вязком трении жид-
кости (гидравлические виброгасители).
Повышение жесткости колебательной системы СПИД. При
увеличении жесткости повышается собственная частота со коле-
баний системы и поэтому снижается вероятность возникновения
вибраций, так как с роддом со примерно линейно увеличивается
и работа затухания системы. Жесткость системы может быть
Рис. 11.27. Резец с виброгасящей фаской /
повышена применением коротких и жестких инструментов, жест-
ких (но не массивных) приспособлений для’крепления инструмента
и заготовки, люнетов, > уменьшением биения шпинделя и люфтов
суппорта, а также применением наиболее рациональных схем
обработки.
Уменьшение массы колебательных систем. Уменьшение массы
колебательных систем, особенно системы детали, повышает собст-
венную частоту со и снижает интенсивность вибраций. Этого
можно достигнуть при работе с менее массивными (но достаточно
жесткими) патронами, при минимальных вылетах пиноли и инстру-
мента и др.
Динамические виброгасители и виброгасители ударного дей-
ствия. Динамический виброгаситель выполнен в виде небольшой
массы, упруго укрепляемой на колеблющееся звено. Эта масса
имеет частоту собственных колебаний, равную частоте колебаний
системы. Работа динамического виброгасителя основана на том,
что масса колеблется в противофазе, т. е. фаза ее отличается
на л от фазы колебаний вибрирующего звена. В результате этого
возникает сила, равная, но противоположно направленная силе,
возбуждающей колебания. В виброгасителях ударного действия
62
основным элементом является достаточно большая масса, поме-
щенная с зазорами в корпусе инструмента. При ударах массы т
о вибрирующую часть системы энергия колебаний, рассеивается и
поэтому интенсивность вибраций уменьшается. Такие виброгаси-
тели наиболее эффективны при чистовой обработке.
Ультразвуковой способ демпфирования вибраций, предложен-
ный в МАИ, основанный на сообщении режущему инструменту
тангенциальных ультразвуковых колебаний малой амплитуды,
целесообразно применять в условиях очень малой жесткости
системы СПИД.
Глава III
Точение
Точение является наиболее распространенным методом обработ-
ки тел вращения, совершаемым резцами на станках токарной
группы. Точение представляет собой совокупность действий, на-
правленных на изменение формы и размеров заготовок (из метал-
лических или неметаллических материалов) соответственно за-
данным классам точности и качества поверхности. Методом точения
производится обработка наружных, внутренних и торцовых по-
верхностей тел вращения цилиндрической, конической, сфери-
ческой и фасонной формы.
Различают следующие виды точения: 1) черновое — обдирка,
отрезка и подрезка торцов заготовок; 2) получистовое (дает точ-
ность 4—3-го класса и чистоту V 4—V 5); 3) чистовое .(точность
3—2-го класса, чистота V 6—V 8); 4) тонкое точение и растачи-
вание (точность 2-го класса и чистота V 8—V^)5 5) точение
повышенной производительности: а) скоростное — резание с боль-
шими скоростями (например, точение сталей с v = 150 ч- 200 м/мин,
а цветных металлов v = 800 ч- 1000 м/мин) и б) силовое — снятие
больших объемов металла в единицу времени, сопровождающееся
значительным ростом нагрузок на резец; эти виды точения тре-
буют применения жестких, мощных станков, резцов особой кон-
струкции и специального оборудования; 6) специальные виды
точения высокопрочных и тугоплавких материалов: точение с
искусственным подогревом и глубоким охлаждением заготовок,
виброточение с наведением колебаний на резец, точение в нейтраль-
ных средах и другие виды.
§ 1.	Части и элементы токарного резца
Одним из наиболее простых и распространенных режущих
инструментов является резец, состоящий из двух частей головки
А — рабочей части, имеющей режущие кромки, и стержня (тела,
корпуса) Б, служащего для закреплени резца (рис. III. 1, а).
Различают следующие элементы головки резца: передняя поверх-
ность 4, главная 6 и вспомогательная 1 задние поверхности;
64
главная режущая кромка 5; одна или две вспомогательные режу-
щие кромки 3\ в некоторых случаях резцы могут иметь переход-
ную режущую кромку 7 (см. рис. II 1.1, б) и примыкающую к ней
переходную заднюю поверхность 8\ вершина резца 2 представляет
Рис. II 1.1. Части и эле-
менты токарного резца:
а — проходной резец; б —
проходной резец с переход-
ной режущей кромкой
а)	б)
собой место сопряжения главной и вспомогательной режущих кро-
мок. Вершина резца может быть острой, закругленной или в виде
прямой линии. Форма режущей части резца определяется конфигу-
рацией и расположением его передней и задних поверхностей
(главной и вспомогательной) и режущих кромок. Взаимное рас-
Рис. 111.2. Формы передней поверхности
положение указанных поверхностей и кромок в пространстве
определяется при помощи углов, называемых углами резца.
' В зависимости от условий работы резцов применяют несколько
форм передней поверхности: плоскую без фаски (рис. III. 2, а),
плоскую с фаской (рис. III.2, б) и радиусную с фаской (рис. III.2, в).
§ 2.	Поверхности и координатные плоскости
при резании токарными резцами
При точении различают следующие поверхности (рис. III. 3):
обрабатываемую поверхность 7, представляю-
щую собой поверхность срезаемого слоя заготовки; обработан-
ную поверхность 5, т. е. новую поверхность, получен-
ную после снятия стружки; поверхность резания 2,
образуемую непосредственно рабочей частью главной режущей
кромки резца.
65
Для определения углов резца установлены в качестве исход-
координатные плоскости: плоскость ре-
зан и я 5 — плоскость, ка-
ных следующие
Рис. III.3. Поверхности и плоскости
при работе токарным резцом
сательная к поверхности ре-
зания 2 и проходящая через
главную режущую кромку
резца; основная плос-
кость 4 — плоскость, па-
раллельная продольной и
поперечной подачам и пер-
пендикулярная к плоскости
резания (у токарных стерж-
невых резцов с призматиче-
ским телом за основную плос-
кость может быть принята
нижняя опорная поверхность
резца); главная секу-
щая плоскость —
пая к проекции главной режущей
(N — N — след этой плоскости,
плоскость, перпендикуляр-
кромки на основную плоскость
рис. III.4); вс по мо га-
N-N
Рис. II 1.4. Углы резца в статическом состоянии
тельная секущая плоскость — плоскость, перпен-
дикулярная к проекции вспомогательной режущей кромки на
основную плоскость (Nl —	— след этой плоскости).
66
§ 3.	Геометрические элементы режущей части резца
Следует различать углы резца, рассматриваемого как геомет-
рическое тело, т. е. в статическом состоянии, и углы, получае-
мые в процессе резания. Вначале рассмотрим углы резца в ста-
тическом состоянии.
У всякого резца различают главные и вспомогательные углы.
Главные углы измеряют в главной секущей плоскости
N — N (рис. III.4), к ним относятся: главный задний
угол а — угол между главной задней поверхностью и плос-
костью резания;' угол заострения Р — угол между
передней и главной задней поверхностями резца; передний
угол у — угол между передней поверхностью резца и пло-
скостью, перпендикулярной к плоскости резания, угол реза-
ния S — угол между передней поверхностью и плоскостью
резания.
Между четырьмя главными углами (рис. III.4) существуют сле-
дующие зависимости:
а + Р + ? = 90°; 6 + у = 90°| 6 = а + Р = 90°-у.
Если угол резания S меньше 90s (рис. III.4, 7), передний угол
резца считается положительным; когда угол резания больше 90s,
передний угол — отрицательный (рис. III.4, III).
Вспомогательные углы измеряются во вспомога-
тельной секущей плоскости NY — Л\; к ним относятся: вспо-
могательный задний угол — угол между вспо-
могательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей
через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно основ-
ной плоскости, вспомогательный передний угол
У1 “ угол между следом передней поверхности резца и следом
плоскости, проходящей через вспомогательную режущую кромку
параллельно основной плоскости.
Кроме рассмотренных углов, резец имеет углы в плане и угол
наклона главной режущей кромки (рис. III.4 и III.5). Углы
в плане измеряют в основной плоскости.
Главный угол в плане ср — угол между проекцией
главной режущей кромки на основную плоскость и направлением
подачи. Вспомогательный угол в плане срх —
угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на
основную плоскость и направлением подачи. Угол при вер-
шине в плане 8 — угол между проекциями главной и
вспомогательной режущих кромок на основную плоскость, ср 4-
+ Ф1 + 8 = 180° (рис. III.4). Угол наклона главной
режущей кромкиХ— угол, заключенный между главной
режущей кромкой и плоскостью, проведенной через вершину
резца параллельно основной плоскости (рис. III.5). Этот угол
измеряется в плоскости, проходящей через главную режущую
кромку, перпендикулярно основной плоскости. Угол наклона
67
главной режущей кромки считается положительным, когда вер-
шина резца является наинизшей точкой режущей кромки
(рис. III.5, а), отрицательным, когда вершина резца является
наивысшей точкой режущей кромки (рис. III.5, в), и равным
нулю, когда главная режущая кромка параллельна основной
плоскости (рис. III.5, б).
Углы режущей части резца, как и любого другого инструмента,
играют большую роль в процессе резания. Правильно назначив
углы резца, можно значительно уменьшить интенсивность износа
его режущей части (увеличить стойкость) и обработать в единицу
времени большее количество деталей. От величины углов резца
зависят также величины сйл, действующих при резании на систему
станок—приспособление—инструмент—деталь (СПИД), необхо-
димая мощность станка и качество обработанной поверхности.
Рис. III.5. Углы наклона главной режущей кромки резца:
а — положительный; б — равен нулю; в — отрицательный
Задний угол а служит для уменьшения трения между
задней поверхностью резца и поверхностью резания. Однако при
значительном увеличении заднего угла прочность резца сни-
жается. При выборе величины угла а необходимо учитывать свой-
ства обрабатываемого материала и материала резца, а также
условия резания. При обработке вязких материалов и снятии
тонких стружек применяют резцы с большими углами а. При
резании твердых и хрупких материалов, а также при снятии
толстых стружек выбирают меныпие углы а. Для различных
условий токарной обработки величина заднего угла лежит в пре-
делах 6—12° (табл. III.1).
Передний угол у оказывает большое влияние на про-
' цесс образования стружки. С увеличением переднего угла облег-
чается врезание резца в металл, уменьшается деформация срезае-
мого слоя, облегчается сход стружки, уменьшаются силы резания
и расход мощности. Вместе с тем увеличение переднего угла при-
водит к уменьшению угла (3, т. е. к ослаблению режущего клина
и снижению его прочности, что вызывает увеличение износа резца
как вследствие выкрашивания режущей кромки, так и вследствие
менее интенсивного отвода тепла oi поверхностей нагрева резца.
Поэтому при обработке твердых и хрупких материалов для повы-
шения прочности и стойкости инструмента следует применять
небольшие передние углы, а при обработке мягких и вязких
металлов — большие. Вследствие повышенной хрупкости твер-
68
дых сплавов и минералокерамики для инструмента, оснащенного
такими материалами, величину переднего угла необходимо назна-
чать меньшей, чем для инструмента с режущей частью из инстру-
ментальных сталей.
Таблица, III.1
Рекомендуемые величины переднего и заднего углов
для резцов, оснащенных пластинками из твердых сплавов
Обрабатываемый материал	Задний угол а0		Передний угол у° при передней поверхности	
	при 8 < 0,3 мм/об	при 8 >0,3 мм/об	радиусный с фаской; плоской с фаской	плоской без фаски
Стали конструкционные углеро- дистые и легированные: ав < 110 кгс/мм2 (1080 МПа)	12	8	15	-5
ав > 110 кгс/мм2 (1080 МПа)	12	—	—	-10
Серый чугун: НВ <,220 кгс/мм2 (2100 МПа)	10	6	12		
НВ > 220 кгс/мм2 (2100 МПа)	10	6	8	—
Ковкий чугун НВ 140—150 кгс/мм2 (1370—1470 МПа)		12	8	15	—
При обработке закаленных сталей инструментами, оснащен-
ными пластинками из твердого сплава, а также при ударной
нагрузке (прерывистое резание) следует для увеличения прочности
режущей кромки применять даже отрицательные передние углы
(см.рис. III.4, III). Величину переднего угла выбирают в зависи-
мости от механических свойств обрабатываемого материала, ма-
териала резца и формы передней поверхности (см. табл. III. 1).
Рекомендуемые величины переднего и заднего углов резца при-
ведены в справочнике по режимам резания.
Угол наклона главной режущей к р о м к и X
служит для отвода стружки в определенном направлении: при
4-Х — к обработанной поверхности; при —X — к обрабатываемой
поверхности (рис. III.6). При положительном угле наклона режу-
щей кромки 4-Х (рис. III.6, а) для любой ее точки М вектор ско-
рости срезания стружки у, нормальный к радиусу ОМ, может
быть разложен на вектор их, нормальный к режущей кромке, и
вектор vsi направленный вдоль режущей кромки к вершине резца.
Под действием вектора^ стружка отклоняется в сторону обрабо-
танной поверхности. При отрицательном угле наклона режущей
кромки —X (рис. III.6, б) вектор v8 направлен вдоль режущей
кромки к обрабатываемой поверхности и отклоняет стружку в ту
же сторону.
Положительный угол -|-Х служит также для упрочнения режу-
щей кромки, поэтому при ударных работах (прерывистом резании)
69
резцами с твердосплавными пластинками, а также при обработке
закаленных материалов необходимо угол X делать положительным
в пределах 5—20°. При положительном значении угла X
(рис. III.7, а) ударная сила в момент врезания резца приходится
не на вершину резца, а на более прочное место режущей кромки,
удаленное от вершины.
Рис. II 1.6. Влияние угла X на направление схода стружки
Выше рассматривались углы резца как геометрического тела,
находящегося в состоянии покоя, при расположении точек его
режущей кромки на уровне оси центров станка, а оси резца —
перпендикулярно оси центров (рис. III.8, а). Нетрудно убедиться,
что значения углов у, а и б будут изменяться в процессе резания
при подъеме и опускании точек режущей кромки относительно
линии центров, а значения углов <р и срг — от расположения оси
резца относительно оси заготовки. Так, при наружном обтачи-
Рис. II 1.7. Соприкосновение за-
готовки с резцом:
а — при угле +М б — при угле — к
вании в случае установки режущей кромки резца выше линии
центров станка изменяется положение плоскости резания
(рис. III.8, б); передний угол у при этом увеличивается, а задний
угол а уменьшается; при установке ниже линии центров
(рис. III.8, в) указанные углы изменяются наоборот.
При работе расточными резцами установка режущей кромки
резца выше или ниже линии центров станка (оси вращения заго-
товки) приводит к обратным, по сравнению с наружным обтачи-
ванием, изменениям углов у и а (рис. III.9).
На рис. III.10 показано изменение углов в плане <р и срх в за-
висимости от положения оси резца относительно линии центров
станка. Когда ось резца располагается под углом 902 ±р к оси
70
центров, величина действительных углов в плане изменится
а именно:
<Рд = Ф±р; (p^cpizpp.
Действительный угол в плане фд при движении резца будет
отличаться от статического угла в плане ф. В общем случае это
соотношение выражается формулой
cos фд = cos ф cos Л.
Из приведенной формулы следует, что только при X = 0?
углы ф и фд равны, при других же значениях угла Л как поло-
жительных, так и отрицательных фд > ф.
в)	6)
Рис. II 1.8. Изменение углов а и у
при установке проходного токар-
ного резца по высоте оси заготов-
ки (а), выше (б) и ниже (в) оси
заготовки
Рис. II 1.9. Изменение
углов а и у при установ-
ке расточного резца по
высоте оси (а), выше (б)
и ниже (в) оси заготовки
Углы у и а режущих инструментов, в том числе и резцов,
также изменяются в процессе резания. Изменение величин перед-
него и заднего углов вызывается сложным относительным движе-
нием инструмента и заготовки, в результате чеги изменяется
71
положение поверхности резания. При определении величин изме-
нения углов у и а предположим вначале, что продольное точение
осуществляется проходным упорным резцом (ф = 90°, X = 0°),
Рис. ШЛО. Изменение углов
в плане ф и в зависимости
от положения оси резца отно-
сительно оси заготовки
установленным по центру заготовки
(рис. III.И, а).
При наличии двух движений, из
которых одно является вращатель-
ным движением заготовки с танген-
циальной скоростью р, а другое —
поступательным движением резца в
направлении подачи с вектором,
равным подаче $, изменяется направ-
ление вектора относительной ско-
рости (рис. III.И). Траекторией дви-
жения каждой точки режущей кром-
ки является винтовая линия с ша-
гом 5, а поверхностью резания —
коническая винтовая поверхность.
Действительным следом плоскости резания будет прямая линия
(касательная к винтовой линии), составляющая с теорети-
ческой плоскостью ЛА угол р (рис. III.И, б). Вследствие этого
Рис. III.11. Изменение углов а и у в процессе резания:
а и б — при продольном точении; в — при работе отрезным резцом
задний угол уменьшается, а передний угол увеличивается на
величину р, и действительные углы в процессе резания
ад = а-р и уд = у + р.
Величина угла р определяется из прямоугольного треуголь-
ника (рис. III.И, б):
tgn = ^.
72
Если же направление подачи не совпадает с главной секущей
плоскостью (ф =£ 90°), тогда угол ц в этой плоскости определится
по формуле
tgn<p = tg|Lxsin(p = ^ sin <p,	(III.1)
т. е.
рф = аг^(~ sincp).	(III.2)
Следовательно, действительные углы в процессе резания
<Хд = а -	= а - arctg sin <р);
?д = Т + |Ар = т +arctg sin qj.
Для обычных условий обработки резцами эти изменения углов
незначительны, и ими можно пренебречь. Но в некоторых случаях
обработки, например при нарезании резьбы с большим шагом —
резание с большой подачей (s 5 мм/об), эти изменения более
существенны, и с ними приходится считаться.
При работе отрезным резцом, установленным по центру, в ре-
зультате сочетания вращательного движения заготовки и попереч-
ного перемещения резца траекторией движения точек режущей
кромки является архимедова спираль, касательная к которой
А1А1 будет действительной плоскостью резания (рис. III.И, в).
Чем ближе режущая кромка к центру заготовки, тем круче спи-
раль и тем больше будет отклоняться касательная AtAt к спирали
от плоскости резания АА, касательной к окружности в стати-
ческом состоянии. Вследствие этого действительный задний угол
будет непрерывно уменьшаться, т. е. ад = а — ц. То же самое
будет наблюдаться с увеличением подачи резца. Чтобы избежать
трения задней поверхности резца о заготовку, необходимо заднюю
поверхность отрезных резцов заточить так, чтобы действительный
задний угол всегда был положительный.
Углы а и у резца будут изменяться в процессе резания также
и при изготовлении деталей сложного профиля, типа кулачков,
лопаток турбин и др. Изменение величин переднего и заднего
углов резца при изготовлении этих деталей вызвано сложным
относительным движением заготовки и резца, в результате чего
изменяется положение плоскости резания на различных участках
профиля детали. На рис. III.12, а — в, показано изменение поло-
жения плоскости резания, а вместе с тем и углов а и у при точении
кулачков. Наличие специальной оснастки в виде качающихся
резцовых державок и специальных копиров дает возможность
поддерживать постоянными передний и задний углы.
Главный угол в плане <р оказывает существенное
влияние на стойкость режущего инструмента, на шероховатость
обработанной поверхности. С уменьшением угла <р увеличивается
73
5)
длина активной части режущей кромки (ширина срезаемого слоя)
и уменьшается толщина срезаемого слоя, что сказывается на умень-
шении термодинамической нагрузки резца. Вследствие этого
уменьшается и износ инструмента. При слишком малом значении
угла ф резко возрастает отжим резца
от заготовки и часто наблюдаются
вибрации, в результате чего ухуд-
шается качество обработанной по-
верхности и увеличивается изйос
инструмента.
Обычно угол ф выбирают в преде-
лах от 30 до 90° в зависимости от
вида обработки, типа резца, жест-
кости заготовки и резца и способа
их крепления. При обработке боль-
шинства материалов проходными об-
дирочными резцами можно брать
угол ф = 45°; при обработке недо-
статочно жестких деталей в центрах
необходимо применять резцы с углом
в плане 60, 75 и даже 90° (во избежа-
ние вибраций).
Вспомогательный угол
в плане фх служит для умень-
шения трения вспомогательной зад-
ней поверхности об обработанную
поверхность. Для получения боль-
шей стойкости резца и улучшения
класса чистоты обработанной поверх-
ности угол фх надо выбирать возможно меньшим, учитывая при
этом условия жесткости системы СПИД.
Для проходных резцов, обрабатывающих без врезания жест-
кие заготовки, угол фх — 5 ч- 10°; при обработке нежестких
заготовок и работе с врезанием фх = 30 ч- 459.
§ 4. Типы резцов
Резцы применяют для черновой, чистовой и тонкой обработки
на токарных, револьверных, карусельных, расточных станках,
токарных автоматах и полуавтоматах и на других станках спе-
циального назначения.
Токарные резцы классифицируют: 1) по материалу, из кото-
рого изготовлена режущая часть — углеродистые, быстроре-
жущие, твердосплавные, минералокерамические и алмазные;
2) по расположению главной режущей кромки — резцы пра-
вые и левые (рис. III.13); 3) по форме головки — резцы
прямые (рис. III.13), отогнутые (рис. III.14, а, б), изогнутые
(рис. III.14, в, г), оттянутые (рис. III.14, д — ж), 4) по харак-
74
>)
Рис. 111.12. Изменение углов а
и у при точении кулачков
теру выполняемых операций — черновые и чистовые; 5) по на-
значению — проходные (рис. III.13 и III.14, а — б), подрезные
(рис. III.19), отрезные (рис. III.21), расточные (рис. III.20),
фасонные (рис. III.23).
Быстрорежущие резцы небольших размеров, применяемые
в точном машиностроении и приборостроении, изготовляют цель-
Рис. II 1.13. Определение
правого и левого резцов:
а — левый; б — правый
ными. Резцы средних и крупных разме-
ров делают составными: державку — из
конструкционных сталей, а рабочую
часть — из быстрорежущей стали, твер-
Рис. II 1.14. Формы головок резцов
дого сплава, минералокерамики или алмаза. Пластинки из быстро-
режущей стали приваривают к державке резца (рис. III.15),
пластинки из твердого сплава, минералокерамики и кристаллы
алмаза припаивают или закрепляют механически (рис. III.29;
III.31 и III.32).
Рис. II 1.15. Способы приварки пластинок
из быстрорежущей стали:
а — к задней поверхности; б — к плоскости срезан-
ной вершины; в — к передней поверхности; г — ком-
бинированно
Рис. III.16. Расположе-
ние пластинки в дер-
жавке резца
Формы пластинок из твердого сплава выбирают по ГОСТ
2209—69. Пластинки твердого сплава располагают в гнезде го-
ловки резца под углом О = 12 ч- 15° (рис. III.16). Для резцов
с лункой на передней поверхности пластинку располагают парал-
лельно опорной плоскости резца. У резцов из быстрорежущей
стали угол 0 берут на 52 больше, чем передний угол, т. е. 0 = у +
+ 5?.
75
Проходные резцы применяются для наружной обработки по-
верхностей. На рис. III.17, а и б показаны проходные резцы
с прямой и отогнутой головками со всеми геометрическими и кон-
структивными элементами (L, Н, В, h, г, R, у, а, X и др.), значения
Рис. II 1.17. Геометрия токарных проходных резцов:
а — с прямой ГОЛОВКОЙ I б — с отогнутой головкой
которых подбираются по нормалям и ГОСТ 10043—62, исходя
из условий обработки. Главный угол в плане <р для резцов с пря-
мой головкой (рис. III.17, а) обычно берется равным 45—60°,
вспомогательный cpx = 10 4- 159. Проходные резцы с отогнутой
головкой (рис. III.17, б) используются как проходные, работаю-
76
щие с продольной подачей, и как подрезные, работающие с попе-
речной подачей. У них углы в плане ф и равны 45°.
На рис. III.18 изображен упорный проходной резец для обра-
зования уступов. Главная режущая кромка упорного резца рас-
положена под углом ф = 90?. Резец работает с продольной по-
дачей.
Рис. II 1.18. Геометрия проходного упорного резца
Подрезные резцы применяют для подрезки торцов, они рабо-
тают с поперечной подачей. На рис. III. 19 показан подрезной
торцовый резец с главным углом в плане ф = 909 и вспомогатель-
ным ф! = 159.
Расточные резцы применяют двух типов: для глухого
(рис. III.20, б) и сквозного (рис. III.20, а) растачивания. Резцы
отличаются друг от друга формой го-
ловки. Для глухого растачивания
требуется, чтобы главный угол в
плане ф был несколько больше 90?;
для сквозного — угол ф = 45 -г- 609.
У расточных резцов державка имеет
конусную форму с постепенно уве-
личивающимся диаметром от головки
резца к зажимной части. Зажимная
часть резца делается квадратной или
прямоугольной формы; длина дер- Рис. III.19. Геометрия подрез-
жавки резца делается больше длины	ного резца
обрабатываемого отверстия.
Отрезные резцы применяют для разрезки заготовок на части
и для прорезки канавок. Отрезной резец (рис. III.21) имеет глав-
ную режущую кромку, расположенную под углом ф = 90°, и две
вспомогательные с углами фх = 1 4- 2°. Для уменьшения трения
в процессе резания вспомогательные задние поверхности затачи-
ваются под углом = 1р30'. Отрезные резцы работают с попереч-
ной подачей.
77
Фасонные резцы применяют для обработки фасонных поверх-
ностей вращения па револьверных
Рис. 111.20. Геометрия токарных ра-
сточных резцов:
а — для сквозного растачивания; б — для
глухого растачивания
станках, автоматах и полуавто-
матах. Точно рассчитанные и
изготовленные фасонные рез-
цы обеспечивают высокую
производительность, строго
идентичную форму и точность
размеров обрабатываемых де-
талей, их взаимозаменяе-
мость. Наибольшее примене-
ние имеют круглые и приз-
матические фасонные резцы,
работающие с радиальной
подачей (рис. III.22, аиб).
Менее распространены тан-
генциальные фасонные резцы,
работающие с тангенциаль-
ной подачей (рис. III.22, в).
Круглые фасонные резцы.
На рис. III.23 показаны ос-
новные элементы круглого
фасонного резца: режущие
кромки 1—4, передняя по-
верхность 5, задние поверх-
ности 6 и 7. В корпусе имеется
отверстие 8, необходимое для
закрепления резца на цилин-
дрической оправке.
Конструктивное оформле-
ние круглого фасонного рез-
ца с торцовыми рифлениями
показано на рис. III.24. Ос-
новные размеры фасонных
резцов выбирают в зависи-
мости от наибольшей глубины
профиля обрабатываемой де-
тали. Глубина профиля пред-
ставляет разность наиболь-
шего гн и наименьшего гв ра-
диусов обрабатываемой дета-
ли (рис. 1П.25):
q = гп - гв.
Рис. III.21. Геометрия токарного отрез- Работа круглого фасон-
ного резца	ного резца, как и всякого
режущего инструмента, воз-
можна при наличии положительного заднего угла. Для образо-
вания такого угла надо переднюю поверхность резца опустить
78
ниже центра на величину Л, определяемую по формуле
/z==Z?Hsin ав
(III.3)
где 7?н — наружный радиус резца в мм; ав — задний угол на
вершине зуба.
в)
Рис. II 1.22. Схемы работы фасонных резцов:
а — круглого; б — призматического радиального;
в — призматического тангенциального; 1,2, 3 — резец;
4 — деталь
Рис. II 1.23. Круглый
фасонный резец
Задний угол а у круглого фасонного резца не одинаков- для
всех точек режущей кромки, он изменяется в зависимости от
расстояния точек режущей кромки от центра резца: чем ближе
7x45°
Рис. II 1.24. Конструкция круглого фасонного резца:
а — круглый резец; б — заготовка
расположена точка режущей кромки к центру, тем больше будет
задний угол. Практически значение задних углов для различных
точек режущей кромки может колебаться в пределах 6—159.
79
Таблица IJ J.2
Передние углы фасонных резцов
(задний угол равен а = 8-г 12° для всех материалов)
Обрабатываемый материал	Механические свойства				Передний угол
	ав		НВ		
	в кге/мм3	в ГПа		в ГПа	
Красная медь, алюми- ний 						20—25
Сталь 		50	0,49	150	1.471	25
Сталь 		50-80	0.49—0,79	150—235	1,471—2,305	20—25
Сталь 		80-100	0,79—0,98	239^-290	2,305—2,84	12—20
Сталь 		100-120	0,98—1,18	290—350	2,84—3,43	8—12
Бронза свинцовистая, латунь			—	—	—	—	15
Чугун 		—	—	150	1,471	15
Чугун 		—	—	150—200	1,471—1,96	12
Чугун 		—	—	200—250	1,96—2,45	8
В та^бл. III.2 приведены значения передних у и задних а углов
на вершине зуба для фасонных резцов. Наружный радиус резца
определяется по формуле (рис. III.25)
^н^^ + ^ + У+ Пь
(III.4)
где q = гн — гв мм — глубина профиля детали; I — 8 -т- 12 мм —
глубина заточки по передней поверхности, необходимая для бес-
Рис. II 1.25. Схема определения глу-
бины профиля резца:
а — резец; б — заготовка
препятствепного схода стружки; / = 5 4- 8 мм - толщина стенки
резца, обеспечивающая прочность корпуса; г0 = 10 -е- 25 мм —
радиус отверстия резца под оправку.
Вследствие смещения центра круглого фасонного резца отно-
сительно центра детали и наличия положительного переднего
угла у, профиль резца, рассматриваемый в радиальной плоскости,
будет отличен от профиля детали. Для получения точного профиля
детали профиль круглого фасонного резца подвергается графиче-
ской или аналитической коррекции. Графический метод коррек-
80
ции фасонных резцов менее точен; применяют его в тех слу-
чаях, когда к расчету резцов не предъявляют высоких требо-
ваний.
Графический метод коррекции круглого
фасонного резца. Профиль детали вычерчивают в нату-
ральную величину или в увеличенном масштабе (с возможно боль-
шей точностью), и находят расположение центра резца Ох
(рис. III.26). Предварительно наружный радиус Ru должен быть
определен по формуле (II 1.4), а смещение центра резца h — по
формуле (III.3). Значение заднего угла а для периферийных точек
резца выбирают в пределах 8—12°, а
переднего угла у — в зависимости от
качеств а о бр абатыв аемого матер иал а
(по табл. III.2). Из точки Ъ проводят
линию Ъс под углом у к осевой ли-
нии ОК и отмечают узловые точки I и/,
представляющие собой точки пересече-
ния линии Ьс с окружностями детали
1,2 и 3. Радиусами, равными ОуЬ, ОХ1
и /, из центра Ох засекают точки Ь',
V и /' на осевой линии резца Охп.
Проектируя точки Ь', V и /' и от-
кладывая расстояния	IqI'q =
= lxl\ И /о/о = А/1, получим искомый
контур резца Mo/o/oW- По этому кон-
туру изготовляют шаблон для проверки
профиля резца.
Аналитический метод
коррекции круглого фа-
сонного резца дает более точ-
ные результаты, так как расчеты ве-
дутся с точностью до 1 мкм для линей-
ных размеров и до Г — для угловых.
Аналитическая коррекция применяется
предназначенных выполнять чистовые окончательные операции.
Цель аналитических расчетов заключается в определении коорди-
натных значений узловых точек профиля резца.
Круглые фасонные резцы изготовляют из высококачественных
быстрорежущих сталей. Применяются также круглые фасонные
резцы, оснащенные пластинками из твердого сплава типа ТК или
ВК (рис. III.27, а). В стальном корпусе резца, представляющем
фасонный диск 7, выфрезеровывают три (или более) канавки,
в которые впаивают пластинки из твердого сплава 2, подвергаю-
щиеся в дальнейшем профилированию, заточке и доводке. На
рис. III.27, б показан круглый фасонный резец с напаянным на
стальную шайбу 2 кольцом 1 из пластифицированного твердого
сплава. Круглые фасонные резцы, как быстрорежущие, так и
твердосплавные, допускают большое число переточек по передней
81
Рис. III.26. Схема графи-
ческой коррекции круглого
фасонного резца:
а — резец; б — деталь; в — про-
филь детали) г — профиль ре-
зца
для фасонных резцов,
поверхности, что является их преимуществом перед другими
типами фасонных резцов.
Призматические фасонные резцы, работающие с радиальной
подачей (см. рис. III.22, б), устанавливают по отношению к детали
с наклоном под углом а, который является задним углом резца.
Рис. II 1.27. Круглые фасонные резцы, оснащенные
твердым сплавом
Вершину резца устанавливают строго по центру заготовки. Угол у
является передним углом резца. Вследствие наклонного положе-
ния резца относительно детали и наличия положительного перед-
него угла у профиль его, лежащий в сечении NQNQ (плоскость
NqNq перпендикулярна стержню резца), отличается от профиля
детали. Коррекция профиля призматического фасонного резца так
Рис. III.28. Установка
призматического резца:
а — перпендикулярно оси де-
тали; б — повернут на угол
ф = 10—15°
же, как и круглого, может производиться аналитическим и графи-
ческим способами. Фасонные резцы как круглые, так и призмати-
ческие закрепляют на станке при помощи державок и стоек,
имеющих различные конструкции.
Фасонные резцы с наклонно установленной базой крепления.
Детали с фасонным профилем могут иметь участок с расположе-
нием профиля перпендикулярно оси. Такой участок 1—3
(рис, II 1.28) может быть обработан двумя способами. Первый
способ, когда база крепления резца параллельна оси детали
82
(рис. Ill.28, л); второй способ, когда база крепления резца не па-
раллельна оси детали (рис. III.28, б). В первом случае на участках
1—2 и 3—4 имеем положительный наклон задних поверхностей,
т. е. на этих участках режущей кромки резца имеем положитель-
ный задний угол (а > О9), а на участке 1—3 режущей кромки
задний угол а — О9, что приводит в работе к быстрому ее исти-
ранию и потере точного профиля. Поэтому для уменьшения исти-
рания режущей кромки на участке 1—3 делают небольшое боко-
вое поднутрение (а б= I9)- Однако такая подточка боковой поверх-
ности лишь в незначительной степени уменьшает износ резца.
Во втором случае задние углы резца в различных точках режущей
кромки различны, но нет такой точки, в которой задний угол а
был бы равен нулю.
Для устранения трения задней поверхности на участке 1—3
базу крепления резца устанавливают под углом ф = 10 4- 159
к торцу детали. В этом случае возможна подача в направлении
стержня резца и s2 в направлении, перпендикулярном к оси де-
тали.
Размеры профиля резца при наклонной установке отличаются
от размеров профиля детали как в осевом, так и в радиальном на-
правлениях, и их определяют методом аналитической коррекции.
Алмазные резцы. Алмазная обработка применяется главным
образом при точении цветных металлов, а также неметаллических
материалов: керамики, фибры, эбонита, пластмасс, твердого ка-
учука и других материалов. Алмазные резцы обеспечивают наи-
высшую точность обработки по 1-му классу и шероховатость
обработанной поверхности порядка V9 — V12 классов чистоты
по ГОСТ 2789-59.
Алмазная обработка не только обеспечивает высокую точность
и небольшую шероховатость, но снижает наклеп и остаточные
напряжения в поверхностном слое обрабатываемых' деталей.
Для изготовления резцов выбирают технические алмазы весом
0,3—1,35 карата и выше; также могут быть применены разрезан-
ные на части кристаллы алмаза.
Алмазы, применяемые для изготовления резцов, должны обла-
дать плотной структурой, быть прозрачны или полупрозрачны,
без трещин, раковин и других дефектов, видимых при десятикрат-
ном увеличении. Допускаются незначительные сколы, включения
и раковины, находящиеся на расстоянии V3 длины алмаза от рабо-
чей вершины. Алмазные резцы различают по назначению и по
методу крепления алмаза в державке резца.
Крепление алмаза осуществляется пайкой и механическим
способом (рис. III.29). Напаянные резцы (рис. III.29, а) можно
изготовлять из сравнительно мелких кристаллов алмаза и исполь-
зовать их по объему более эффективно. Неудобство механического
крепления заключается в том, что планкой покрывают 2/а части
алмаза и, таким образом, большая часть его не используется. На
рис. III.29, б показаны элементы конструкции такого резца.
83
Работоспособность алмазного резца и его стойкость в большой
степени зависят от правильного выбора углов, определяющих
его геометрию. Применяют три варианта заточки алмазных резцов

Не менее 0,1
Не менее О А
Место маркировки
Х.1 \7№
Д-Д
У
Рис.
V7
II 1.29. Конструкция
алмазных резцов;
1 — кристалл алмаза; 2 — дер-
жавка; з — планка; 4 — про-
межуточная прокладка; 5 — фик-
сирующий винт; 6 — стягиваю-
щий винт с пломбой; 7 — плом-
ба, на которую заносят все
данные о резце
а+2°
0,5x45°

(рис. III.30). Первая форма заточки с одной режущей кромкой —
наиболее простая; она применяется для проходных и расточных
резцов. Резцы, имеющие огранку, допускают после затупления
Рис. II 1.30. Три варианта заточки алмазных резцов:
а — с одной режущей кромкой; б — с кромкой, состоящей из нескольких час-
тей (фасеток); в — с закругленной режущей кромкой
одной кромки (фасетки) работу другой кромкой, для чего тре-
буется повернуть резец па соответствующий угол. Закругленная
форма резца при вершине применяется в основном при точении
неметаллических материалов. При выборе углов в плане <р и <рх
необходимо руководствоваться правилом, чтобы угол при вершине
8, равный 1802 — (ф + <Р1), не был меньше 80—85°, что необхо-
84
димо для прочности вершины резца. При изготовлении большин-
ства деталей угол <р может быть принят равным 45°. При изготов-
лении деталей с уступами или недостаточно жестких угол ср при-
нимают равным 60 и 909.
Вспомогательный угол в плане принимают равным от 0
до 459. При углах в плане ср — <рх = 45° можно работать в обе
стороны с правой и левой подачами. Резцы с углом срх = О9 или
близким к нулю обеспечивают в работе наименьшую шерохова-
тость обработанной поверхности. Главные углы алмазного резца
а и у выбираются в зависимости от качества обрабатываемого
материала (табл. III.3).
Рис. II 1.31. Резец с меха-
ническим креплением пла-
стинки твердого сплава
Рис. 111.32. Резец с неперетачиваемой пла-
стинкой твердого сплава
Проходные резцы сборной конструкции в сравнении с напаян-
ными резцами обладают существенным преимуществом, заклю-
чающимся в быстрой и легкой смене затупившихся или поломав-
шихся пластинок. На рис. III.31 показан резец с механическим
креплением пластинок из твердого^ сплава; его применяют при
точении на повышенных режимах. Пластинка из твердого сплава 1
имеет обычную форму и закрепляется в державке 2 с помощью
прижима 3 и болта 4. Прижим 3 одновременно служит стружко-
завивателем.
Таблица 111.3
Геометрические параметры режущей части алмазных резцов
и область их применения
Материал обрабатываемых деталей	Геометрические параметры режущей части		
	7°	а°	г в мм
Латунь, алюминий и антифрикци- онные сплавы	 Бронза и твердые алюминиевые сплавы 		0 —8 *	12 8	0,3—0,6 0,5—0,6
85
Резцы с многогранными неперетачиваемыми твердосплавными
пластинками. Резцы с многогранными пластинками находят широ-
кое применение потому, что они имеют ряд преимуществ перед
резцами стандартной конструкции. У резца (рис. III.32) пластин-
ка 2 имеет форму многогранника, она насаживается с зазором
0,1-—0,15 мм на штифт 5, запрессованный в корпус 1 резца. Клин 4
прижимает пластинку к штифту и к опорной поверхности корпуса.
Крепление клином 4 и винтом 5 является предварительным, так
как сила резания дополнительно прижимает пластинку к опорной
поверхности и через клин к стенке корпуса резца. Задний угол
создается соответствующим наклоном опорной плоскости корпуса
под пластинку. Для поворота пластинки упорный клин 4 освобо-
ждается. Число периодов стойкости для одной заточки соответ-
ствует числу граней пластинки. По нормалям Всесоюзного научно-
исследовательского инструментального института (ВНИИ) изго-
Рис. II 1.33. Типы резцов с многогранными пластинками
товляют твердосплавные пластинки с тремя, четырьмя, пятью
и шестью гранями, предназначенные для обработки сталей и чу-
гунов.
Трехгранная пластинка (рис. III.33, а) имеет углы при вер-
шине 80° и используется для работы проходного упорного резца
с главным углом в плане ф = 90°, пятигранная пластинка
(рис. III.33, г) — для проходного резца с <р = 60° и шестигранная
пластинка (рис. III.33, в) — для резца с ср = 459. Четырехгранная
пластинка (рис. III.33, б) используется для резцов с углами
Ф = 45 и ф = 60°, работающих с врезанием, и для резцов с
Ф = 75°, предназначенных для обработки нежестких валов.
Для того чтобы создать положительный угол у, на режущей
части многогранной пластинки вдоль режущих кромок делают
лунки и фаски методом прессования с последующим спеканием
пластинок.
Проходной резец с накладным стружколомателем. Для ломания
стружки при резании вязких металлов с большими скоростями
резания применяют специальные устройства: порожки и лунки
на передней поверхности, накладные стружколоматели и др.
Одним из надежных устройств является стружколоматель,
показанный на рис. III.34. Стружколоматель представляет собой
пластинку 1 из закаленной углеродистой стали У10 с криволиней-
86
ным профилем, накладываемую сверх твердосплавной пластинки3
резца и закрепляемую при помощи болта 2 на резце 4. Стружка,
встречая на своем пути пластинку 7, обтекает ее криволинейный
профиль в направлении по-
дачи и ломается на мелкие
кусочки.
Резцы с вращающимися
круглыми пластинками при-
меняют при ротационном ре-
зании, обеспечивая значи-
тельное повышение стойкости рис щ.34, Резец с накладным струж-
инструмента (в 2—4 раза) и	коломателем
V6 — V7 класс чистоты об-
работанной поверхности по ГОСТ 2789—59. Наибольший эффект
достигается при резании жаропрочных, жаростойких, коррозион-
ных сталей, титановых сплавов и др. Вследствие недостаточной
виброустойчивости вращающиеся резцы находят применение
только при получистовых и чистовых операциях. Значительное
повышение стойкости вращающихся резцов объясняется заметным
снижением температуры резания вследствие лучшего теплоотвода
в резец.
Рис. II 1.35. Резец с вращающейся круглой пластинкой:
а — конструкция резца; б — схема точения
Рассмотрим вращающийся резец (рис. III.35, а). Резец 1 уста-
навливается в разрезную коническую втулку 2 и опирается ниж-
ним торцом на шайбу 3. Зажим втулки 2 осуществляется гайкой 4,
что позволяет регулировать зазор в соединении. К корпусу 5
подводится жидкость, которая одновременно охлаждает резец
и смазывает трущиеся поверхности.
Самовращение круглой пластинки под действием сил трения
достигается в результате установки резца под углом р по отно-
87
шению к оси заготовки. От значения угла ц (ц>90° или р<90°)
зависит направление вращения круглой пластинки резца
(рис. III.35, б). При установке резца с углом ц < 90° вращения
круглой пластинки резца и заготовки направлены в одну сторону
(прямое резание) и при значении ц > 90° — вращения заготовки
и резца направлены в разные стороны (обратное резание). При
значении р, = 0° отсутствуют силы, которые в состоянии повер-
нуть круглую пластину вокруг ее оси, и она остается неподвиж-
ной.
Резцовые блоки. На автомобильных, тракторных и других за-
водах растачивание гильз цилиндров производят на специальных
расточных станках при помощи расточных блоков.
Рис. II 1.36. Резцовые блоки для растачивания цилиндров:
а — простой; б — комбинированный; 1 — державка; 2 — нижняя часть корпуса; з —
средняя часть корпуса; 4 — верхняя часть корпуса; 5 — резцы; 6 — винты
Расточный блок (рис. III.36, а) представляет собой сборную
конструкцию, состоящую из корпуса А и нескольких вставных
резцов Б, закрепленных болтами. Конструкция блоков позволяет
регулировать и настраивать отдельные, резцы на определенный
размер по диаметру (винтами а и Ь). Каждый из резцов нижней
пары настраивается на свой диаметр (^ и d2) и выполняет черно-
вое растачивание. Верхняя пара резцов настраивается на один
(окончательный) размер по диаметру d\ эти резцы выполняют
чистовую операцию, обеспечивая шероховатость и точность обра-
ботанных поверхностей, предусмотренных технологическим про-
цессом. Отдельные резцы, входящие в блок, по своей геометрии и
конструкции ничем не отличаются от обычных проходных резцов.
На рис. III.36, б показана конструкция блока (ЭНИМС),
состоящая из двух или трех частей в зависимости от количества
резцов. Резцы в корпусе закрепляются при помощи рифлений,
позволяющих регулировать их положения и настраивать на опре-
деленный размер по диаметру. Достигается это перестановкой
88
резцов на соответствующее число рифлений в ту или иную сто-
рону. Резцы в блоках применяют как быстрорежущие, так и
оснащенные твердыми сплавами.
В научно-исследовательском инструментальном институте раз-
работаны конструкции расточных блоков с механическим крепле-
нием многогранных пластинок из твердого сплава (рис. III.37).
Применение таких блоков при растачивании отверстий диаметром
50—150 мм в стали и чугуне позволяет производить резание со
скоростью до 150 м/мин, при
подаче s = 0,7 мм/об и глубине	0
6
t — 5 мм.
В разработанных конструк-
циях блоков применены че-
тырехгранные пластинки твер-
дого сплава со сторонами квад-
рата 12, 14 и 16 мм.
Резцы для обработки пласт-
масс применяются на операциях
обточки, растачивания, отрезки
и подрезки. Конструктивно рез-
цы для обработки пластмасс
выполняются так же, как и рез-
цы, применяющиеся для обра-
ботки металлов.
При резании пластмасс износ
резцов обуславливается глав-
ным образом абразивными свой-
ствами пластмасс; этому абра-
зивному воздействию лучше
других противостоят резцы, ос-
нащенные пластинками из спла-
ва типа ВК; этим же можно
Рис. III.37. Расточный блок с ме-
ханическим креплением четырехгран-
ных пластинок твердого сплава:
1 — корпус; 2 — четырехгранная пластин-
ка; 3 — подкладка; 4 и 5 — крепежные
детали
объяснить их широкое примене-
ние при обработке пластмасс. Исключением является поли-
стирол, резание которого твердосплавными резцами нецелесооб-
разно. В табл. III.4 приведены оптимальные значения основ-
ных элементов геометрии токарных резцов, рекомендуемых
при обработке пластмасс, имеющих широкое распространение
в промышленности. При обработке пластмасс применяют резцы,
имеющие большие значения задних углов: а = 20 4- 24°. Это
объясняется абразивными свойствами пластмасс, вызывающими
усиленный износ режущих инструментов по задней поверхности.
Передние углы у выбираются в зависимости от марки обрабаты-
ваемого материала.
Резцы для автоматических линий. В современных автоматиче-
ских линиях, состоящих из металлорежущих станков, важным
условием их производительной работы является: 1) применение
различных методов регулирования инструмента на размер; 2) со-
89
здание устройств, гаранти-
Таблица 111.4
Геометрия резцов
для обработки пластмасс
(главный угол в плане <р = 45°,
радиус вершины резца г = 1,5 мм)
Обрабатываемый материал	Материал резца	Задний угол а°	Перед- ний угол Vе
Текстолит . . . Фенопласт К18-2 	 Волокнит . . . К73-2 . . . . . Аминопласты Полистирол блочный		ВК8 ВК8 ВК8 ВК8 ВК8 Р9	20 24 20 20 20 20	10 10 5 5 20 25
рующих ломание стружки на
части, что обеспечивает свое-
временное ее удаление от
места работы; 3) применение
устройств по автоматической
смене инструмента и др.
На рис. III.38 показан
чашечный круглый резец, ко-
торый состоит из корпуса 7,
установочного винта со сфе-
рической головкой 2, контр-
гайки 3 и чашечного блока 4.
Чашечный блок(рис. III.38, а)
собран из нормализованных
деталей и закрепляется в
отверстии корпуса 1 винтом 5.
Пластинка 1 из твердого
сплава (Т15К6 или Т14К8) выполнена со стружколомателем; она
в процессе работы прижимается к опорным поверхностям корпуса
и втулки и удерживается от поворота силами, действующими при
резании.
05
Рис. II 1.38. Резец для автоматических линий:
а — общий вид; б — крепление пластинки
Размер резца после износа восстанавливается путем много-
кратного поворота пластинки вокруг оси на незначительную
величину.,Цикл использования резца равен одному повороту его
вокруг оси.
Для автоматического регулирования резца на размер можно
применять специальные подналадки; схема одного из таких под-
наладчиков показана на рис. III.39. Обработке подвергается
деталь 7. Работа подналадчика заключается в следующем. Рез-
цедержатель 3 укреплен на суппорте посредством пружинного
90
устройства — параллелограмма. Профильный кулачок 4 жестко
соединен с храповиком 5, и оба могут свободно поворачиваться
на оси, соединенной с суппортом. Обработанные детали измеряются
в лотке прибором, одна плавающая скоба которого в случае вы-
хода размера детали за допустимые пределы подает команду на
включение соленоида 9. Команда подается, когда суппорт нахо-
дится в крайнем левом положении (конец обтачивания). Вклю-
чаясь, соленоид перемещает шток 8 вперед и ставит его на пути
скалки 7. Когда суппорт возвращается в исходное положение
(крайнее правое), скалка 7 упирается в шток 8 и смещается влево,
Рис. II 1.39. Схема автомати-
ческой подналадки резца на
размер:
1 — обрабатываемая деталь; 2 —
cyTLTLQ^\ з — резцедержатель;
4 — рабочий кулачок; 5 — храпо-
вик; 6 — ось кулачка; 7 — скалка
с собачкой; 8 — шток; 9 — соленоид
Рис. 111.40. Схема устрой-
ства для дробления струж-
ки:
1 — заготовка; 2 — резец; з —
тяга; 4 — пружина; 5 — кула-
чок; 6 — рычаг
поворачивая через собачку храповик 5 и кулачок 4 на некоторый
угол; поворачиваясь, кулачок подает резцедержатель с резцом на
0,002 мм (при повороте храповика на один зуб). При полном
использовании профиля кулачка резцедержатель перемещается
на 1 мм, после чего подается сигнал о необходимости переналадить
приспособление и сменить резец.
Схема устройства для дробления стружки при точении наруж-
ных и торцовых поверхностей показана на рис. III.40. Обработке
подвергается заготовка 1. Резец совершает два движения — по-
ступательное движение подачи и возвратно-поступательные дви-
жения в том же направлении для дробления стружки. Возвратно-
поступательные движения осуществляются с помощью кулачка 5,
действующего на рычаг 5, в который упирается регулировочный
винт резца. В резце 2 сделан паз, в котором находится выступ
тяги 5, упирающейся в пружину 4,
91
В результате дополнительных возвратно-поступательных пере-
мещений, которые повторяются периодически, сечение среза
стружки то уменьшается, то увеличивается, что и ведет к ее лома-
нию на отдельные части. Величину отдельных элементов стружки
можно регулировать изменением частоты колебаний.
§ 5. Элементы режима резания при точении
Для осуществления процесса обработки материалов резанием
необходимо, чтобы заготовка и режущий инструмент перемещались
относительно друг друга. Одно из этих движений, определяющее
скорость отделения стружки, называется главным движением.
второе, обеспечивающее непрерывность врезания режущей кромки
инструмента в новые слои металла, называется движением подачи.
При обработке на токарных станках главным движением яв-
ляется вращение заготовки, а движением подачи — поступатель-
ное перемещение резца. Элементами режима резания при точении
являются скорость резания, глубина резания и подача.
Скорость резания при токарной обработке — это путь переме-
щения в единицу времени обрабатываемой поверхности заготовки
относительно режущей кромки инструмента. Обычно при расчете
скорости резания учитывается лишь скорость в главном дви-
жении. Скорость резания обозначается буквой v и измеряется
в метрах в минуту. В случае точения (рис. III.41) скорость реза-
ния определяется по формуле
р = БЙ5м/мин’	(IIJ.5)
где D — длина обрабатываемой поверхности в мм; п — частота
вращения заготовки в об/мин.
Подача — это величина перемещения режущей кромки резца
за один оборот обрабатываемой заготовки. Подача обозначается
буквой s и измеряется в миллиметрах за один оборот. В зависи-
мости от направления, по которому перемещается резец, у токар-
ного станка различают продольную подачу — вдоль оси центров
станка; поперечную — перпендикулярно оси центров станка и
наклонную — под углом к оси центров станка (в результате об-
работки получается коническая поверхность).
Глубина резания — это величина снимаемого слоя металла,
рассматриваемая как расстояние между обрабатываемой и обра-
ботанной поверхностями, измеренное нормально к последней.
Измеряется глубина резания в миллиметрах и обозначается бук-
вой t (рис. III.41, а).
При точении глубина резания определяется как полуразность
диаметров до и после обработки:
где D и Dq — диаметры соответственно заготовки и детали в мм.
92
Штучное время (норма штучного времени) Тшт — время, за-
трачиваемое на выполнение определенной операции над одной
заготовкой. Его можно подсчитать по формуле
Лпт=Уо+Ув + Уобс+Уотд МИН,	(II 1.6)
где То — основное технологическое (машинное) время в мин;
Тв — вспомогательное время, необходимое на установку и сня-
тие обрабатываемой детали, смену режущего инструмента, измере-
ние детали, управление станком, в мин; ТОбс — время на орга-
низационное и техническое обслуживание рабочего места в мин;
^отд— время перерыва на отдых и естественные надобности рабо-
чего в мин.
Рис. II 1.41. Элементы режима резания при токарной обработке:
1,11 — положения резца
Основное время (технологическое) при всех видах обработки
на металлорежущих станках (оно же машинное время) представляет
собой то время, которое затрачивается непосредственно на осу-
ществление технологического процесса, т. е. на изменение формы
и размеров заготовки и получение поверхностей детали в соответ-
ствии с заданными классами чистоты и точности. Основное время
за один проход можно подсчитать по формуле
Го = ^-мин,	(Ш.7)
где А = Z + г/ + А — общая длина прохода режущего инстру-
мента в направлении подачи в мм (рис. III.41, б); I — длина
обработанной поверхности в мм; у = t ctg ср — величина врезания
в мм (рис. III.41, в); А — 1 -г- 2 мм — выход резца (перебег);
s — подача инструмента (заготовки) в мм за один оборот; п —
частота вращения заготовки (инструмента) в об/мин; t — глубина
резания в мм; ф — главный угол в плане.
Уменьшение машинного времени возможно путем выбора наи-
выгоднейшего сочетания элементов режима резания — глу-
бины резания, подачи и скорости резания.
93
Производительность труда рабочего места за смену опреде-
ляется по формуле
= <Ш-8)
1 шт смену
где 7СМ — продолжительность смены в мин; 7ШТ — норма штуч-
ного времени в мин.
§ 6.	Геометрия срезаемого слоя при точении
На рис. II 1.41, а показано положение режущей кромки резца
после того, как он переместился на величину подачи 5 мм/об;
заштрихованная площадь представляет собой площадь попереч-
ного сечения срезаемого слоя. Размеры а и Ъ обозначают соответ-
ственно толщину и ширину срезаемого слоя.
Ширина срезаемого слоя — это расстояние между обрабаты-
ваемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверх-
ности резания. В общем случае, когда у =/= 0° и X =/= 0°, ширина
срезаемого слоя принимается равной проекции рабочей длины
режущей кромки резца на основную плоскость:
Ь1 = -^ = -.—  мм.	(III.9)
1 cos л sm ф cos ф	'	'
Толщина срезаемого слоя — это расстояние, измеренное в на-
правлении, нормальном к ширине срезаемого слоя, между двумя
последовательными положениями поверхности резания за один
оборот заготовки. В общем случае, когда у 0°, толщина срезае-
мого слоя выражается формулой
Согласно рис. III.41, а площадь поперечного сечения срезаемого
слоя для резцов с прямолинейной режущей кромкой (при у = 0°,
X = 0°) определяется по формуле
f~ab~ts мм2.	(III.11)
При одной и той же глубине резания и подаче поперечное
сечение срезаемого слоя принимает различную форму (в зависи-
мости от формы режущей кромки и главного угла в плане). При
прямолинейной режущей кромке и ф = 90° (рис. III.42, а) попе-
речное сечение срезаемого слоя имеет форму прямоугольника;
при ф < 90° (рис. III.42, б и в) — форму параллелограмма. Изме-
няются при этом толщина и ширина срезаемого слоя: с увеличе-
нием угла ф толщина а увеличивается, а ширина b уменьшается.
Если режущая кромка имеет криволинейную форму
(рис. III.42, г), поперечное сечение срезаемого слоя имеет форму
запятой; толщина срезаемого слоя при этом в разных точках
режущей кромки имеет различное значение; по мере приближения
к вершине резца толщина срезаемого слоя уменьшается. Площадь
94
поперечного сечения срезаемого слоя, подсчитываемая по формуле
(III.11), представляет собой площадь номинального сечения.
Действительное же сечение срезаемого слоя /д будет меньше
номинального сечения / на некоторую величину осевого сечения
гребешков, остающихся на обработанной поверхности (рис. III.43).
5=Л	S	S
Рис. II 1.42. Формы поперечного сечения срезаемого
слоя в зависимости от величины главного угла в пла-
не ф и формы режущей кромки
На рис. III.43, а показана остаточная площадь несрезае-
мого гребешка при работе резцом с прямолинейной режущей
кромкой и радиусом закругления вершины, равным нулю, а на
рис. III.43, б — для проходного резца с радиусом округления при
вершине г. Если остаточную площадь гребешка обозначим через
/0, то действительное сечение /д = / — /0.
Рис. II 1.43. Остаточные
гребешки при точении
Как показывают исследования, разница между действительным
и номинальным сечениями заметна лишь при больших подачах
s > 2 мм/об, а потому в практических условиях под площадью
сечения срезаемого слоя понимается площадь номинального сече-
ния срезаемого слоя / = ts мм2. G уменьшением подачи $ и углов
в плане ф и ср1} а также с увеличением радиуса округления при
вершине резца г высота остаточных гребешков должна умень-
шаться, что в действительности и имеет место.
При точении, в зависимости от соотношения ширины и толщины
срезаемого слоя, могут быть получены различные сечения
95
(рис. Ш.44). Принято считать, что при соотношении — > 1 полу-
чаются прямые сечения срезаемого слоя (рис. III.44, а); если
Рис. II 1.44. Формы сечения срезаемого слоя:
а — i > s; б — i = s; в — К. s
~=1, то получаются равнобокие (рис. III.44, б) сечения; при
соотношении — < 1 получаются так называемые обратные сечения
(рис. III.44, в).
§ 7. Силы резания при точении
Система сил, действующих при течении, может быть приведена
к одной равнодействующей силе (рис. III.45), называемой силой
резания (см. гл. II, § 1)'| Точка приложения этой силы находится
на рабочей (активной) части главной
режущей кромки резца. Для практи-
ческих целей обычно нужна не сама
равнодействующая сила Р, а ее со-
ставляющие, действующие в задан-
ных, представляющих интерес для
практики направлениях. Такими со-
ставляющими являются: 1) сила Pv ,
действующая в плоскости резания
в направлении главного движения и
определяющая нагрузку на станок и
резец; величина Pz определяет кру-
тящий момент Мкр, по которому ве-
дется расчет зубчатых колес и валов
коробки скоростей станка; 2) сила
Ру — радиальная составляющая, при-
Рис. II 1.45. Схема сил реза-
ния при точении
ложенная перпендикулярно оси заготовки; эта составляющая
определяет силу отжима резца от заготовки и прогиб заготовки,
обусловливающий точность изготовления детали, сила Ру необ-
ходима для расчета станины и суппорта станка; 3) сила Рх — осе-
вая составляющая, действующая вдоль оси заготовки параллельно
96
направлению подачи; эта сила Рх определяет нагрузку механизма
подачи станка, ее значение является исходным для расчета звеньев
механизма подачи станка. Три указанные составляющие силы
взаимно перпендикулярны; поэтому величина и направление
равнодействующей силы определяются как диагональ параллеле-
пипеда
p=yp-i+Pi+Pi.	(ш.12)
Соотношение величин составляющих сил Р2, Р , Рх не остается
постоянным и зависит от геометрических параметров рабочей
части резца, элементов режима резания (у, /, 5), износа резца,
физико-механических свойств обрабатываемого материала и усло-
вий резания.
Р Р
Отношения и возрастают с увеличением износа резца;
Pz
рх
увеличение подачи увеличивает отношение -g*-; уменьшение глав-
Р Z
р
ного угла в плане увеличивает отношение -5^. В некоторых слу-
z	,
чаях обработки одной из двух составляющих (Рх или Ру) может
и не быть. Например, при разрезке прутка отрезным резцом
отсутствует сила Рх, и тогда Р = Р2У + Pi', при подрезке
торца трубы с резцом с <р = 90° и X = 0° отсутствует составляю-
щая Ру, при этом равнодействующая Р = Рх-\- Р$. Сила Pz
действует во всех случаях, и поэтому часто ее называют главной
составляющей силы резания или просто силой резания.
Мощность, затрачиваемая на процесс резания, определяется
действием трех составляющих силы резания: Р2, Ру и Рх, но так
как перемещения жестко закрепленного резца в направлении
силы Ру практически не происходит, мощность, обусловленная
действием этой составляющей, может быть приравнена нулю.
Тогда эффективная мощность, затрачиваемая на процесс ре-
зания,
^е = 60 • 102	1000 -60 • 102 кВт’	(Ш.13)
где v — скорость резания в м/мин; п — частота вращения заго-
товки в об/мин; 5 — подача в мм/об.
Численное значение второго члена правой части уравнения
(II 1.13) обычно мало и составляет 1—2% от значения первого
члена; поэтому эффективную мощность практически определяют
как создаваемую лишь одной силой Р2, т. е.
60 • 102 КВТ‘	(Ш.14)
Полезная мощность станка
ДГСт = /Уэд'П кВт,
(111.15)
где q — к. п. д. станка.
97
Удельная сила резания и коэффициент резания. Для прибли-
женного определения силы резания Pz может быть использовано
уравнение
Pz = pf кгс(Н),	(III.16)
где / — площадь поперечного сечения среза в мм2; р — удельная
сила резания в кгс/мм2 (Н/мм2).
Удельная сила р численно равна силе резания, отнесенной
к 1 мм2 сечения срезаемого слоя. Так как величина удельной силы
зависит от элементов режима резания (у, Z, $), геометрических
параметров инструмента и условий обработки, значения /?, полу-
ченные в различных условиях, не могут быть сопоставимы.
Поэтому в качестве сопоставимой характеристики сопротивления
обрабатываемого материала резанию введен коэффициент реза-
ния к, под которым понимается удельная сила резания, измеренная
при следующих условиях; угол резания б = 75°; главный угол
в плане <р = 45°; глубина резания t = 5 мм, подача s = 1 мм/об;
режущая кромка резца — прямолинейная; радиус округления
вершины резца г = 1 мм, работа производится без охлаждения:
•	4 = ТГ = .ГТ-	(Ш.17)
Аппаратура для измерения сил резания. Для эксперименталь-
ного определения сил резания и изучения влияния на них различ-
ных факторов применяют специальные динамометры. Различают
динамометры трехкомпонентные для измерения Р2, Ру и Рх;
двухкомпонентные для измерения Pz и Ру или Pz и Рх и одно-
компонентные для измерения какой-либо одной составляющей
силы резания.
Динамометры в зависимости от принципа работы делятся на
электрические, механические и гидравлические. Каждый динамо-
метр включает устройство для разложения равнодействующей
силы резания на составляющие, датчики для преобразования
измеряемой силы в удобно наблюдаемую величину и регистри-
рующее устройство *. Наибольшее применение имеют электри-
ческие динамометры: пьезоэлектрические, емкостные, индукцион-
ные и динамометры с проволочными датчиками сопротивления.
Значительно менее распространены механические динамометры,
принцип действия которых основан на использовании упругости
системы стальных брусков, находящейся под действием сил реза-
ния. Гидравлические динамометры вследствие своей громозд-
кости и большой инерционности применяются редко, они непри-
годны для исследований небольших по величине сил резания.
* Подробнее об устройстве динамометров см. в работе 121].
98
§ 8. Влияние различных факторов на силы резания при точении
Исследованиями, проведенными в СССР и за рубежом, уста-
новлено, что на величину и характер сил, действующих при точе-
нии, оказывают влияние физико-механические свойства и струк-
тура обрабатываемого материала, геометрические параметры ре-
жущей части инструмента, элементы режима резания, метод охла-
ждения и применяемая при резании смазывающе-охлаждающая
жидкость и другие факторы.
Влияние обрабатываемого материала. Точной зависимости сил
резания от физико-механических свойств обрабатываемого мате-
риала до сих пор не установлено, и при практических расчетах
используют найденные экспериментально приближенные зависи-
мости:
Р^Сг(НВ^- Ру = Су(НВ)хг; РХ = СХ(НВ)Х*, (III. 18)
где С2, С^, Сх — коэффициенты, зависящие от физико-механиче-
ских свойств обрабатываемого материала и условий обработки
(выбираются из нормативов режимов резания) *; НВ — твердость
обрабатываемого материала по Бринелю; хг, х2, xs — показатели
степеней, зависящие от тех же факторов, что и коэффициенты
С2, С и Сх, например, для стали с НВ 170 кгс/мм2 (1668 МПа)
х± = 0,75; х2 = 2; х3 == 1,5.
Влияние геометрических параметров режущей части резцов.
Исследованиями влияния угла резания S на величину сил резания
установлено, что все составляющие силы Р2, Ру и Рх возрастают
с увеличением S; при этом силы Рх и Р растут быстрее силы Р
(рис. Ш.46).
Влияние заднего угла а на величину сил резания незначительно.
Например, при обработке стали 45 увеличение а с 12 до 18° умень-
шает силы резания на 6—17%.
Влияние главного угла в плане ср. На рис. III.47 показана
зависимость Pz от <р при обработке стали: при несвободном реза-
нии стали резцом с г > 0 с изменением ср от 30 до 60° сила Pz
уменьшается; дальнейшее увеличение ср сопровождается ростом
силы Pz. Другой характер имеет зависимость Pz = / (ср) при работе
с резцами с г = 0, а также при свободном резании. Сложная
зависимость Pz = / (ср) для резцов с г > 0,может быть объяснена
совместным влиянием двух факторов: изменением толщины срезае-
мого слоя и длины криволинейного участка активной части режу-
щей кромки.
Влияние радиуса скругления при вершине резца. Существенное
влияние на величину сил Pz и Ру оказывает радиус скругления
при вершине резца г. Увеличение г ведет к росту длины криволи-
* При использовании нормативов резания из литературных источни-
ков до 1973 г. надо коэффициент Ср увеличить в 9,81 раза (для получения
силы резания в ньютонах). Это относится ко всем силовым зависимостям при
резании резцами, сверлами, фрезами, протяжками и другими видами инст-
румента.
99
нейного участка режущей кромки, обусловливающего увеличение
работы деформации и сил резания: так, увеличение г от 0,5 до
5 мм при обработке стали со-
провождается возрастанием
силы Рг на 27%; при обра-
ботке чугуна сила Р2 возра-
стает на 18%. При тех же
пределах изменения г силы
Ру при обработке стали воз-
растают на 200%; при об-
работке чугуна — на 60%.
Влияние угла наклона глав-
ной режущей кромки. Изме-
нение угла наклона главной
режущей кромки X от —5° до
+5° практически не влияет
с ов = 60 кг/мм2 [588 МПа];
v = 17 м/мин, ts = 3,0 X
X 0,6 мм2
Рис. II 1.47. Влияние главного угла
в плане <р на силу Pz:
1 — при свободном резании; v = 44 м/мин;
2 — при г — 0; v = 40 м/мин; 3 — при
т = 2 мм; v = 40 м/мин; во всех случаях
ts = 2,0 X 0,48 мм2
Рис. II 1.48. Влияние угла наклона
главной режущей кромки X на силы
Рх, Ру и Pz при точении стали 45,
v = 17 м/мин, ts = 3,0 X 0,6 мм2
на силы резания; увеличение угла X до +45° сопровождается
существенным ростом сил (рис. III.48).
Влияние элементов режима резания (и, t, s). С изменением
скорости резания изменяется величина всех трех составляющих
100
сил. На рис. III.49 показана зависимость сил Р2, Ру и Рх от ско-
рости резания и при обработке стали ЗОХГСА. Сложный характер
зависимости Pz — / (и) может быть объяснен влиянием процесса
деформации и изменениями сил трения. Уменьшение сил резания
при скоростях, превышающих скорости, соответствующие макси-
мальному значению силы, может быть объяснено увеличением
Рис. II 1.49. Влияние скорости резания на силы Рх,
Ру и Pz при точении стали ЗОХГСА резцом с пла-
стинкой твердого сплава Т15К6,' у = 10°; ts = 3,0 X
X 0,21 мм2
Изменение глубины резания и подачи сопровождается измене-
нием величин трех составляющих силы резания Pz, Ру и Рх.
Степень влияния глубины и подачи на силы резания различна:
глубина резания оказывает большее влияние на силы резания,
чем подача. Зависимость сил Pz, Ру и Рх от глубины резания и
подачи в общем виде может быть выражена уравнениями
Рг = СР1Хр^рг-,	(III.19)
Pv = CPytXpvsypy,	(III.20)
Px = CpfpxsVt\	(III.21)
Численные значения коэффициентов Ср и показателей степени,
входящих в формулы, зависят от физико-механических свойств
обрабатываемого материала, материала и геометрических пара-
метров режущей части инструмента и условий обработки. Значе-
ния коэффициентов С и показателей степени в формулах (II 1.19) —-
(III.21) приводятся в справочниках по режимам резания. Для
примера в табл. II 1.5 приведены значения коэффициентов и пока-
зателей степени для некоторых конструкционных материалов.
Влияние смазочно-охлаждающей жидкости. Применяемые для
режущих инструментов смазочно-охлаждающие жидкости также
101
оказывают влияние на величину сил резания. Это влияние харак-
теризуется уравнением
Рсм = Р*см,	(Ш.22)
где Р — сила резания при работе без охлаждения; 7сСм — коэф-
фициент, учитывающий изменение сил резания при применении
данного способа охлаждения.
Таблица 111,5
Значения постоянных величин и показателей степеней
к формулам (ШД9) — (Ш.21)
Обр абатываемый материал	Ср Z	ХРг	VPz	Ср У	хр У	Уру	Срх	хрх	урх
XH77TIOP (ЭИ437Б)	260	0,75	0,6	137	0,77	0,5	59	0,83	0,25
ВТ2		300	0,89	0,73	—	—	—	—	—	—
IX18H9T (ЭЯ1Т) . .	330	0,87	0,8	265	0,83	0,45	152	1,07	0,42
При охлаждении резцов 3%-ным водным раствором эмульсола
^см = 0,90 ч- 0,95, при охлаждении сульфофрезодом ксм = 0,8.
При износе резцов силы резания изменяются. В зависимости от
характера и степени износа изменение сил может происходить
в различных направлениях: например, износ резцов по задней
поверхности сопровождается увеличением сил резания; при пре-
валирующем износе по передней поверхности силы резания могут
и снижаться. Как следует из вышеизложенного, влияние различ-
ных факторов на силы резания при точении весьма сложно.
Учитывая это, комиссия по резанию металлов предложила
использовать для определения сил резания упрощенные обобщен-
ные формулы, построенные на базе формул (III.19) — (III.21).
Влияние ряда факторов, не учитываемых исходными формулами,
учитывается в них введением поправочных коэффициентов. При
работе проходными резцами рекомендуются следующие формулы:
Pz = Cpztx-ptsVpzkpz-,	(III.23)
Py = CpytXpvspykpy-,	(III.24)
Рх = Cpfpxsyp«kpx,	(II1.25)
где ^py 11 kpz — поправочные коэффициенты, численно равные
произведениям коэффициентов, учитывающих влияние качества
обрабатываемого материала, геометрических параметров и износа
резца, скорости резания и других конкретных факторов, не учи-
тываемых коэффициентами Ср^ Ср и Ср^.
102
Значения коэффициентов и показателей степеней, входящих
в уравнения для расчета сил резания, приводятся в справочниках
по режимам резания и в справочной литературе по металлообра-
ботке. Например, при точении конструкционной углеродистой и
легированной стали с ов = 75 кгс/мм2 (736 МПа) резцами, осна-
щенными сплавом Т15К6, сила резания Р2 определяется по фор-
муле
Р2 = 19Ш0’75 кгс(Н),
где I в мм и 5 в мм/об.
§ 9.	Износ резцов и критерии затупления
В процессе работы режущего инструмента происходит сложное
взаимодействие инструмента и обрабатываемого материала, в ре-
зультате которого инструмент изнашивается (см. гл. II, § 5).
В зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого
материала, геометрии и материала режущего инструмента, эле-
ментов режима резания (скорости резания и подачи) и смазочно-
охлаждающей жидкости характер износа резцов может протекать
по-разному. Различают следующие три основных вида износа
резцов (см. рис. 11.22):
1.	Износ происходит только по задней поверхности
(см. рис. 11.22, б), что бывает обычно при работе с малой толщиной
срезаемого слоя а 0,1 мм и при низких скоростях резания.
Износ по задней поверхности характеризуется наибольшими раз-
мерами изношенной площадки h3.
2.	Износ происходит только по передней поверхности
(см. рис. 11.22, а), что обычно бывает при обработке пластичных ме-
таллов резцами из быстрорежущей стали с толщиной срезаемого
слоя а > 0,1 мм и высоких скоростях резания без охлаждения.
Износ по передней поверхности характеризуется глубиной лунки
Лл, шириной лунки Ьл и длиной лунки /л.
3.	Износ происходит одновременно по передней и задней по-
верхностям (см. рис. 22, в). Такой вид износа имеют быстрорежу-
щие резцы при обработке пластичных металлов при уменьшении
скорости резания или толщины среза.
При обработке хрупких металлов (чугун, бронза) износ про-
исходит в основном по задней поверхности независимо от мате-
риала резца. В зависимости от условий обработки руководст-
вуются тем или другим критерием износа.
На рис. III.50 показано нарастание износа инструмента по
задней поверхности в зависимости от продолжительности работы.
Кривую износа резца в зависимости от времени резания можно
разделить на три периода: первый период (/) — период прира-
ботки — на протяжении этого периода происходит сильное исти-
рание наиболее выступающих частиц поверхности; второй пе-
риод (//) __ период нормального износа; третий период (///) —
103
период повышенного или катастрофического износа. В этот период
при достижении величины износа, соответствующей точке, Б,
происходит резкое увеличение интенсивности нарастания износа,
приводящее к быстрому разрушению резца, поэтому нецелесо-
образно доводить резец до износа, превышающего это значение.
Величина износа Л3, соответствующая точке Б — точке перегиба
на кривой износа, называется оптимальным износом, а время
от начала работы резца до точки Б (Г)Б — стойкостью. Так^м
образом, под термином «стойкость» понимается время работы
инструмента до допустимой величины износа, определяемой кри-
терием затупления. Обычно стойкость измеряется в минутах
основного технологического времени.
На рис. III.51 показаны характерные кривые износа резцов,
активно изнашивающихся по передней поверхности (кривая 7)
и имеющих лишь слабо нарастающий износ по задней поверхности
носа резцор от времени ра-
боты
Рис. II 1.51. Увеличение износа
резца по передней (1) и задней (2)
поверхностям
(кривая 2). Нарастание глубины лунки происходит достаточно
интенсивно в течение всего периода резания; износ же по задней
поверхности нарастает медленно и только с некоторого момента
(точка Б), соответствующего сильному ослаблению фаски /
(см. рис. 11.22, в) износ приобретает характер катастрофического
и заканчивается разрушением режущей части инструмента.
Изучение кривой износа по передней и задней поверхностям
показывает, что наиболее закономерно износ протекает по задней
поверхности, и поэтому в большинстве случаев за критерий износа
резцов принимается заданная величина износа по задней поверх-
ности. Например, разрушение резцов, оснащенных твердым
сплавом, при обработке закаленных и незакаленных конструк-
ционных сталей происходит при величине износа задней поверх-
ности h3 = 0,8 4- 1 мм. Износ резцов при обработке жаропроч-
ных сплавов протекает более интенсивно, чем при резании обыч-
ных конструкционных материалов, и принимает катастрофический
характер при меньшей величине износа k3 = 0,5 4- 0,6 мм.
Для чистовых резцов, разверток, метчиков и других инстру-
ментов, от величины износа которых зависит точность и чистота
обработанных поверхностей, установлен так называемый техно-
логический критерий затупления1 т. е. такие допустимые величины
104
износа, при превышении которых шероховатость обработанной
поверхности и точность ее размеров перестают удовлетворять
заданным техническим условиям.
§10. Влияние различных факторов
на стойкость инструментов
Производительность процесса резания в значительной мере
определяется стойкостью инструментов, которая связана--с-вх
износом и зависит от свойств обрабатываемого материала и мате-
риала резца, элементов режима резания, геометрических пара-
метров, качества смазочно-охлаждающих жидкостей и других
факторов^
Рис. II 1.52. Зависимость стой-
кости резцов Т от скорости
резания v при точении различ-
ных сталей:
а — углеродистая сталь; резец из
быстрорежущей стали Р18 (t = 1 мм,
s = 0,17 мм/об); б — сталь ШХ15;
резец из твердого сплава BK6
(/ = 0,5 мм; s = 0,15 мм/об);
в — сталь хромоникельмолибдено-
вая с HRC 51—53; резец из твер-
дого сплава BK8 (t = 0,5 мм,
s = 0,22 мм/об)
Проведенные исследования указывают на сложный характер
зависимости стойкости Т от скорости резания v (рис. III.52).
Все, представленные на рис. Ш.52 кривые Т = / (р) носят гор-
бообразный характер, типичный для резания многих конструк-
ционных материалов, например, таких как: легированные стали
(40Х, 1Х18Н9Т, Х17Н2, 1Х12Н2ВМФ, ЭИ654 и др.), жаропроч-
ные сплавы (ХН77ТЮ, ХН70ВМТЮ, ЭИ827, ЭИ949, ЖС6КП и др.),
а также тугоплавкие сплавы на основе W, Мо, Та и Nb.
На рис. III.53 приведены кривые Т = / (р), полученные
проф. Н. Н. Зоревым при точении стали 40Х (рис. III.53, а) и
молибденового сплава ВМ1 (рис. III.53, б). В большинстве слу-
чаев с изменением скорости резания меняются физико-механи-
ческие характеристики поверхностных слоев как обрабатывае-
мого, так и инструментального материалов, а также условия их
взаимодействия в контакте. Поэтому стойкость инструментов
представляет собой сложную функцию многих параметров. Если
105
зависимость Т — / (v) построить в двойной логарифмической
сетке, то приближенно, в определенном диапазоне изменения
скорости резания, кривые спрямляются и зависимость Т — и
может быть выражена степенной функцией:
£
rz?n = const или v = {co-ns^-- = ~.	(III.26)
угП
Коэффициент А и показатель относительной стойкости ш за-
висят от свойств материалов и условий обработки. Величина ш
играет большую роль при эксплуатации режущих инструментов.
<9	S)
Рис. II 1.53. Зависимость стойкости резца Т из твердого
Сплава ВК8 при точении (t = 1 мм; s = 0,1 мм/об) от
скорости резания и:
а — стали 40 Xj б — молибденового сплава BMI (по данным пр оф.
Н. Н. Зорева)
Она показывает, насколько интенсивно изменяется стойкость
с изменением скорости резания. При точении m 0,1 -ь 0,4
(находится по справочникам).
Зависимость стойкости резцов от толщины и ширины среза
(или от подачи и глубины резания) является весьма сложной
(рис. III.54 и III.55). Причем подача (толщина среза) влияет на
стойкость в большей мере, чем глубина резания (или ширина
среза):
гр const
1 = vntxsy
или
£
(const)" __ Cv
1 Л JL Tmtxvsvv
Tntnsn
(III.27)
Например, при обработке стали с пределом прочности ов ==
== 60 кгс/мм2 (588 МПа) резцом из сцлава Т15К6 формула (Ш.27)
примет вид
106
257
u j>0,19^0,08^0,36 •
Задаваясь периодом стойкости Т = 60 мин, можно определить
соответствующую ей скорость резания:
_	118
^60 “ ^0,08^0,36 •
На практике стойкость проходных токарных резцов при одно-
инструментальной обработке принимается от 30 до 60 мин;. для
резьбовых и фасонных резцов — 120 мин. При обработке загото-
вок на автоматических агрегатных станках и автоматических
Рис. IIГ.54. Зависимость стойко-
сти резца Т из твердого сплава
ВК8 от скорости резания v при
точении молибденового сплава
ВМ-1 с различными подачами и
глубиной резания t = 1 мм (по
данным проф. Н. Н. Зорева и
3. М. Фетисовой)
Рис. II 1.55. Зависимость стойкости
резца Т из твердого сплава ВК8 от
скорости резания v и глубины ре-
зания t при точении молибденового
сплава ВМ1 с подачей s = 0,1 мм/об
(по данным проф. Н. Н. Зорева и
3. Ф. Фетисовой)
линиях режущий инструмент должен обеспечивать заданные
размеры и шероховатость обрабатываемой детали в течение уста-
новленного времени, называемого размерной стойкостью инстру-
мента. При этой стойкости за критерий затупления принимается
радиальный износ резца, непосредственно влияющий на точность
и шероховатость обрабатываемой детали. Современные автомати-
ческие станки и линии, оборудуются приспособлениями, автомати-
чески контролирующими размеры обработанных деталей и изме-
няющими положение инструмента при его износе с тем, чтобы
"сохранить точность размеров деталей и шероховатость обработан-
ной поверхности в пределах установленной общей стойкости
инструмента.
107
Если скорости резания соответствует стойкость 7\, то
величина стойкости Г2, соответствующая другой скорости резания
(при сохранении постоянными всех других условий резания),
может быть определена из уравнения
(111.28)
Сложный характер зависимости Т = / (р, s, t) при резании
высокопрочных и тугоплавких материалов (см. рис. III.52 — III.55)
свидетельствует о том, что при оптимизации режимов резания
иногда более целесообразно пользоваться не стойкостными зави-
симостями, а показателями, характеризующими относительный
расход инструментов (например, площадь обработанной поверх-
ности или путь, пройденный инструментом до затупления).
Скорость резания, допускаемая резцом при определенных
условиях резания, является одной из основных характеристик
обрабатываемости материалов. Кроме скорости резания, обраба-
тываемость может также характеризоваться силами резания и
качеством поверхностного слоя детали.
Существуют различные методы определения обрабатываемости
резанием, но все они, как правило, трудоемки и требуют большого
расхода дорогих и дефицитных материалов. Заслуживает внимания
метод определения оптимальных режимов резания, разработанный
проф. А. Д. Макаровым. Он сформулировал положение о постоян-
стве оптимальной температуры, из которого следует, что в контакт-
ной области оптимальным скоростям резания (для заданного
материала режущей части инструмента) при различных комбина-
циях скорости резания, подачи и глубины резания соответствует
постоянная температура в зоне резания (оптимальная темпера-
тура резания).
При работе на оптимальных скоростях резания инструмент
обладает наибольшей размерной стойкостью. На рис. II 1.56 в ка-
честве примера приведены данные, подтверждающие сформулиро-
ванное А. Д. Макаровым положение о постоянстве оптимальной
температуры резания при продольном точении сплава ХН77ТЮР
(ЭИ437БУ) резцом ВК6М с переменными значениями t и 5. Боль-
шое влияние на допустимую скорость резания оказывает химиче-
ский состав, структура, механические и теплофизические свойства
обрабатываемого материала, а также состояние его поставки (горя-
чекатаный, отожженный, холоднокатаный и т. п.). При наличии
твердой «корки» (дефектного слоя) у заготовок, полученных
различными способами литья или прошедших обработку давле-
нием, необходимо снижать скорость резания при ее удалении.
Возможность эксплуатации режущего инструмента с большей
или меньшей скоростью (при определенной стойкости) тесно свя-
зана со свойствами инструментального материала (твердость,
вязкость, износостойкость, красностойкость, циклическая проч-
ность, теплопроводность и т. п.). Значительное влияние на стой-
108
кость и скорость резания оказывают геометрические параметры
режущей части инструмента и ее конструктивное оформление.
Величина переднего угла у влияет йа прочность резца, величину
деформации, на силы, действующие при резании, и на темпера-
туру нагрева резца. При увеличении переднего угла уменьшаются
силы резания, выделение тепла и температура резания, вследствие
чего при данной скорости резания возрастает стойкость резца.
Однако это справедливо лишь до
личных условий обработки зна-
чения угла у; при дальнейшем
увеличении переднего угла
ухудшаются условия отвода
тепла от режущей кромки и
снижается прочность режущей
части резца. Это приводит к
тому, что стойкость резца, до-
стигнув максимума при некото-
ром значении угла у, при его
дальнейшем увеличении падает
(рис. III.57, а).
Влияние заднего угла анало-
гично влиянию переднего угла
(рис. III.57, б).
Влияние главного угла в пла-
не ср. Главный угол в плане ф
оказывает весьма активное влия-
ние на режущие свойства резца.
При уменьшении ф увеличи-
вается ширина срезаемого слоя
и уменьшается его толщина, что
создает более благоприятные
условия перехода тепла в тело
резца и в заготовку, вследствие
Рис. II 1.56. Влияние скорости ре-
зания на температуру резания и
длину пути резания при точении
сплава ЭИ437БУ твердосплавным
резцом ВК6М с переменными значе-
ниями глубины резания и подачи
(1,2 и 3) (по данным проф. А. Д. Ма-
карова)
чего снижаются температура контактных площадок резца и удель-
ная нагрузка режущей кромки. В результате повышается стой-
кость резца (при постоянном значении скорости) или скорость
резания при постоянном значении стойкости.	-
На рис. III.58 приведена кривая, иллюстрирующая изложен-
ное, при точении термически обработанной стали ЗОХГСА с пв =
= •160 кгс/мм2 (1570 МПа). Приближенно зависимость между
скоростью резания и главным углом в плане выражается урав-
нением
(Ш.29)
где х зависит от качества обрабатываемого материала и материала
режущей части резца, а также от условий обработки. При обра-
ботке резцами, оснащенными пластинкой из твердого сплава,
стальных заготовок х = 0,35, чугунных х = 0,4.
109
Влияние вспомогательного угла в плане. Вспомогательный угол
в плане оказывает незначительное влияние на скорость ре-
зания. Наибольшая скорость резания обеспечивается резцами
с — 5 ч- 10°; при Ф1> 10° допускаемая скорость резания умень-
Рис. II 1.57. Зависимость стойкости от углов резца:
а - Т « / (V)! б - Т = / (а)
Рис. II 1.58. Зависимость Т =
= / (ф) при точении стали
ЗОХГСА ов = 160 кгс/мм2
(1569 МПа) резцами, оснащен-
ными пластинкой твердого
сплава Т15К6; v — 120 м/мин,
ts = 1 X 0,21 мм2; у = — 5°;
а = 6°; К = 0°; ф! = 15°
шается вследствие ухудшения теплоотвода из зоны стружкообра-
зования.
Влияние радиуса при вершине резца. При увеличении радиуса
скругления вершины резца г возрастает длина активной части
переходной режущей кромки, уменьшается толщина и растет
ширина срезаемого переходной кром-
кой слоя обрабатываемого материала.
Термическая нагрузка единицы дли-
ны переходной кромки при этом сни-
жается; стойкость резца возрастает.
Однако увеличение радиуса г делает
резец менее виброустойчивым, вслед-
ствие чего работа резцами с большими
радиусами г возможна лишь при
большой жесткости системы СПИД.
При черновой обработке радиус
скругления вершины резца прини-
мают в пределах 1—3 мм. При чисто-
вой обработке увеличение г благо-
приятно сказывается на шерохова-
тости обработанной поверхности;
однако и в этом случае применение
резцов с большими радиусами г воз-
можно лишь при жесткой системе
СПИД.
Влияние сечения державки резца. Увеличение площади сечения
державки резца повышает его жесткость, способствует лучшему
отводу тепла в тело резца и уменьшает амплитуды циклических
нагрузок на его контактных площадках. Все это позволяет рабо-
тать с более высокими скоростями резания.
НО
Влияние глубины резания и подачи. При изменении глубины
резания и подачи изменяются силы резания и количество выделяю-
щегося тепла, следовательно, изменяются и скорости резания,
допускаемые резцом (при его постоянной стойкости). В общем
виде зависимость скорости резания от глубины резания и иодачи
определяется уравнением
Р=-Д- м/мин,	(Ш.ЗО)
tvsyv
где Cv — коэффициент, зависящий от физико-механических свойств
и структуры обрабатываемого материала и материала режущей
части резца, а также от условий обработки; значения показателей
степеней xv и yv зависят от тех же факторов, что и Cv.
Рис. II 1.59. Увеличение из-
носа быстрорежущего рез-
ца Р18 при прерывном то-
чении сплава ХН77ТЮ
(ЭИ437); v = 9 м/мин,
ts = 0,5 X 0,4 мм2;
1 — при охлаждении маслом,
подводимым к месту отрыва
стружки; 2 — при охлаждении
высоконапорной струей масла,
подводимой к режущей кромке
со стороны задней поверхности;
р = 20 кгс/мм2 (196 МПа);
d = 0,75 мм
Влияние смазочно-охлаждающей среды и способа ее подвода.
Для увеличения стойкости резцов, а следовательно, и допускае-
мой ими скорости резания применяют охлаждение их различными
охлаждающими средами (жидкими, газообразными, твердыми),
различными способами подводимыми к рабочим поверхностям
резцов. Различные методы охлаждения режущих инструментов
описаны в гл. II. На рис. III.59 изображены кривые нарастания
износа резцов из быстрорежущей стали Р18 при прерывистом
точении жаропрочного сплава ХН77ТЮ (ЭИ437). При сопоставле-
нии кривых 1 и 2 видно преимущество охлаждения высоконапор-
ной струей жидкости, обеспечивающего повышение стойкости
резца в 3—8 раз сравнительно с его стойкостью при охлаждении
падающей струей жидкости (поливом).
Влияние вида обработки. Каждый вид обработки имеет свои
специфические условия, которые необходимо учитывать при
назначении режимов резания. Например, при внутреннем раста-
чивании резец находится в более тяжелых условиях, чем при
наружном продольном точении (меньшая жесткость резца, затруд-
нен подвод охлаждающей жидкости и т. д.); вследствие этого
скорость резания, допускаемая расточным резцом, несколько ниже.
При поперечном точении резец работает в более благоприятных
условиях, чем при продольном точении, так как при перемеще-
нии резца от периферии к центру действительная скорость реза-
111
ния все время уменьшается. Поэтому для определения скорости
резания, допустимой при поперечном точении, в формулу скорости
резания для продольного точения вводят соответствующие попра-
вочные коэффициенты.
Общий вид формулы для определения скорости резания, допу-
скаемой резцом. Скорость резания находится в сложной зависи-
мости от многих факторов, поэтому формула для подсчета скорости
резания, включающая все факторы, влияющие на нее, была бы
сложна и неудобна для практического использования. Учитывая
это, Комиссия по резанию металлов предложила упрощенную
формулу, в основу которой положена зависимость скорости реза-
ния от подачи и глубины резания:
VT^Tm^Svv ^2 М/МИН.	(111.31)
Влияние факторов, не учтенных величинами Cv, yv и т,
учитывается поправочными коэффициентами кг, к2 и т. д., вводи-
мыми в формулу в качестве сомножителей. Численные значения
коэффициента Cv, показателей степеней тп, xv и yv и поправочных
коэффициентов приводятся в справочниках по режимам резания.
В настоящее время повышение стойкости и работоспособности
режущих инструментов осуществляется следующими основными
методами: 1) правильным выбором оптимальных режимов резания;
2) применением инструментов с оптимальными геометрическими
параметрами; 3) использованием эффективных смазочно-охлаждаю-
щих средств при различных видах обработки; 4) применением
высококачественных инструментальных материалов; 5) специаль-
ной термической обработкой режущей части инструмента (цемен-
тирование, цианирование и др.); 6) усовершенствованием кон-
струкций инет] ументов; 7) тщательной заточкой и доводкой по-
верхностей инструментов; 8) применением специальных покрытий
для трущихся частей инструмента (электроискровое упрочнение,
хромирование, никелирование, оксидирование и др.); 9) облуче-
нием режущей части потоками элементарных частиц для повышения
ее твердости; 10) рациональной и эффективной эксплуатацией
режущих инструментов.
§ И. Повышение производительности точения
и выбор режима резания
,при работе на токарных станках
Как следует из формулы для определения основного времени
при точении,
т0=а. [мин],
где L — длина прохода резца в мм; h — припуск на сторону в мм;
п ~ частота вращения заготовки в об/мин; t — глубина резания
в мм; s —- подача в мм/об.
112
Наибольшая производительность может быть достигнута при
работе с большими подачами и высокими скоростями резания.
Скорость резания более активно влияет на износ, резцов, чем
подача; поэтому при обдирочных операциях, когда к шероховатости
обработанной поверхности и точности обработки не предъявляется
высоких требований, а объем срезаемого материала значителен,
повышение производительности достигается в основном работой
с большими подачами при сохранении одной и той же стойкости
резцов. Такой режим работы обеспечивает максимальное значе-
ние vs или, что то же, произведения vs, а следовательно, мини-
мальное значение То. При
минимальном значении То
выбранный режим является
режимом, обеспечивающим
наибольшую производитель-
ность.
Рис. II 1.60. Зависимость произ-	Рис. III.61. Влияние скорости реза-
водительности станка (>ст и ма-	ния v на производительность (2) и стои-
шинного времени TQ от скорости	мость обработки (1)
резания v
При чистовых операциях к качеству обработанной поверхности
предъявляются высокие требования, которые не могут быть удов-
летворены при обработке с большими подачами. Здесь наиболее
целесообразная обработка с большими скоростями резания, позво-
ляющими получить высокий класс чистоты обработанной поверх-
ности и незначительную деформацию поверхностного слоя детали.
Большое практическое значение имеет правильный выбор
периода стойкости инструмента Т как фактора, оказывающего
влияние на производительность. Как следует из изложенного
выше, в результате снижения стойкости Т увеличивается ско-
рость резания. Однако при этом приходится чаще сменять зату-
пившийся инструмент, следовательно, увеличиваются простои
станка. При большом снижении периода стойкости потери вре-
мени, вызванные более частой сменой инструмента, могут пре-
113
взойти снижение основного (технологического) времени, достиг-
нутого повышением скорости резания, в результате чего произво-
дительность снизится. Изложенное иллюстрирует рис. II 1.60,
характеризующий влияние скорости резания на величину основ-
ного (технологического) времени То и производительность станка
Сет- С увеличением скорости резания производительность станка
сначала возрастает до некоторого максимума, а затем, в связи
с ростом затрат времени на более частую смену инструмента, резко
снижается. Режим резания,
обеспечивающий максимальный
выпуск продукции, является
обычно и наиболее экономич-
ным.
Опыт работы 1-го ГПЗ пока-
зал, что при обработке на полу-
автоматах повышение произво-
дительности сопровождается
снижением себестоимости про-
дукции (рис. III.61). Следова-
тельно, режим резания, обеспе-
чивающий максимальную про-
изводительность, одновременно
является режимом наибольшей
экономичности. Очевидно, что
при выборе режимов резания
следует исходить из требований
наибольшей производительно-
сти, соответствующей и наимень-
Рис. II 1.62. Влияние скорости реза-
ния v и подачи s на производитель-
ность и стоимость обработки:
1 — стоимость электроэнергии; 2 — стои-
мость инструмента; 3 — заработная плата;
4 — полная стоимость
шей себестоимости обработки.
В том случае, когда не со-
блюдены условия нормальной
эксплуатации инструмента и
оборудования, максимум произ-
водительности может не сов-
пасть с минимумом стоимости обработки. Как показано на
рис. III.62, стоимость обработки растет вследствие расходов,
связанных с эксплуатацией инструмента, а расходы по оплате
электроэнергии и по заработной плате, отнесенные к единице
продукции, остаются неизменными. Работа с необоснованно
малыми периодами стойкости повышает расход инструмента
и расходы, связанные со сменой изношенного инструмента, что
сопровождается повышением общей себестоимости обработки.
В этом случае максимум производительности не соответствует
минимуму себестоимости.
Наиболее целесообразный период стойкости инструмента мо-
жет быть различным в зависимости от конкретных условий произ-
водства. Различают следующие характерные значения периода
стойкости инструмента:
114
1-	Гтах — максимальный период стойкости; он соответствует
точке максимума Т = j (у).
2.	ТОпт — период стойкости, соответствующий оптимальной
скорости резания ропт- В случае работы на оптимальной скорости
резания наблюдается наименьшая интенсивность износа инстру-
мента и наибольшая его размерная стойкость (наибольшая длина
пути резания до износа инструмента, характеризуемого принятым
критерием затупления).
3.	Т эк— экономический период стойкости, соответствующий
наименьшей себестоимости обработки или наибольшей произво-
дительности общественного труда. Эту стойкость подсчитывают
по формуле
йраб + йст/ ’
(III.32)
где тп — показатель относительной стойкости; £см — потери в мин,
связанные со сменой затупленного инструмента и подналадкой;
Sd — затраты, связанные с эксплуатацией режущего инстру-
мента за период его стойкости; араб — заработная плата станочника
с начислениями за 1 мин работы; аст — затраты, связанные с эк-
сплуатацией станка за 1 мин работы.
4.	Гм. пр ~ период стойкости максимальной производительно-
сти, соответствующий наименьшей себестоимости или наиболь-
шей производительности на данном рабочем месте (станке).
Стойкость максимальной производительности подсчитывают
по формуле
Гм. пр
(111.33)
где тп — показатель относительной стойкости; ZCM — время, тре-
бующееся на смену затупленного резца и подналадку.
Следует заметить, что лишь значение Гопт связано с физической
сущностью процесса резания и зависит от свойств обрабатываемого
и инструментального материалов, а значения ГэК и Гм пр опреде-
ляются стоимостью станка и инструмента, минутной заработной
платой рабочего, временем на смену инструмента и другими орга-
низационно-техническими условиями производства, данные о кото-
рых приводятся в нормативах режимов резания.
В справочнике по режимам резания приводятся средние зна-
чения периода стойкости инструмента, разработанные с учетом
себестоимости обработки. Например, для проходных токарных
резцов рекомендуются периоды стойкости от 15 до 60 мин. На авто-
матических линиях период стойкости инструментов принимают
от одной до двух смен и т. д. Приводимые в справочниках значения
периода стойкости необходимо корректировать с учетом конкрет-
ных организационно-технических условий эксплуатации станков
и режущего инструмента.
115
Наивыгоднейшим режимом обработки является режим наи-
высшей производительности, как правило, соответствующей и наи-
большей экономичности. Так как на стойкость инструмента глу-
бина резания и подача оказывают меньшее влияние, чем скорость
резания, величины t и s следует назначать возможно большими неза-
висимо от периода стойкости, с учетом лишь технологических фак-
торов: припуска на обработку, требований к качеству обработан-
ной поверхности и жесткости системы СПИД.
Ниже приводятся два способа назначения режимов резания.
1. Используя нормативы по режимам резания, учитывая при-
пуск на обработку и назначение операции, выбирают глубину
резания t в мм. Имея величину t и ориентируясь на максималь-
ную, технологически допустимую подачу, принимают значение
подачи s. Скорость резания определяют, исходя из экономиче-
ской стойкости инструмента, которая в нормативных справочни-
ках принятачкак средняя. Этот способ находит применение при
нормировании процессов, когда заранее не известны все данные,
характеризующие станок, а также в условиях мелкосерийного
производства.
2. Элементы режима резания находят решением задачи о наи-
выгоднейшем резании. Решение такой задачи сводится к нахожде-
нию для данной конкретной обработки таких значений s и р,
при которых соблюдалась бы заданная стойкость резцов, которые
выдерживались бы станком и инструментом и при которых вы-
пуск продукции был бы наибольшим.
Элементы режима резания йазначают в следующем порядке:
а) выбирают значение глубины резания; при этом следует стре-
миться снять весь припуск за один проход; если необходимы по
технологическим причинам два прохода, при первом (черновом)
проходе следует снимать до 80%; припуска, а при чистовом —
остальные 20%; при назначении режима резания для чистового
прохода необходимо учитывать качество образующегося при этом
поверхностного слоя детали; б) выбирают величину наибольшей
допустимой подачи, определяемой требованиями точности и допу-
стимой шероховатости обработанной поверхности, мощностью
станка, режущими свойствами инструмента, жесткостью и вибро-
устойчивостью системы СПИД.
Подачу рекомендуется выбирать в следующем порядке:
1)	по нормативным справочникам выбирают наиболь'шую
подачу $доп, обеспечивающую заданный класс чистоты обра-
ботанной поверхности, и при выбранных t и $доп находят зна-
чение скорости резания и соответствующую ей частоту вращения
шпинделя станка;
2)	выбирают подачу, допускаемую мощностью станка:
2МСТ = PZD; Pz = CPtxp^sVp^ кгс (Н);
2MM = DCp2txp^sv\
116
откуда
IM
S^= w / —мм/об,	(III.34)
DCP t P?
r	z
hoMct = 716 200 ^1,36 кгс-мм, где NCT —- мощность на шпин-
деле б кВт, а тгСт — частота вращения в об/мин.
Следовательно,
„	V^/" 2-716 200-1,36-ЛСт , й	/топ
«ст = -1 / ---------—----— ММ/об,	(III.35)
V Dn^Cp t P*
Z
где NCT — Л^эдТ]; — мощность электродвигателя в кВт; ц =
= 0,7 <- 0,9 — к. п. д. станка.
Значения $ст определяют для трех-четырех ступеней скорости
станка по частоте вращения, близкой и ступени скорости, при-
нятой для подачи $доп;
3)	выбирают подачу $р, допустимую режущими свойствами
инструмента. Для этого при выбранном значении Т определяют
$р из выражения
„ Cv пВп	\v/~ 1000С,	. р. /ттт QO4
р =	1000 м/миН; sP=r ----------мм/об. (III.36)
t vyv 1UUU	г V nDnt v
Величину sp определяют для тех же трех-четырех ступеней
скорости, что и $ст. Все принимаемые и получаемые при расчете
режимов резания величины $доп, sCT и $р заносят в сводную таблицу.
Сопоставляя найденные значения $доп, $ст и принимают
$выбр £доп? ^выбр ^ст» 5выбр £р-
При расчете произведений ns: при $ < s доп учитывают получен-
ное значение $; при s >* 5ДОП принимают $доп- Для всех исследуемых
ступейей скорости находят произведения ns; принимают режим,
обеспечиваемый той ступенью скорости, для которой произве-
дение ns имеет максимальное значение. Основное (машинное) время
Го = -^- будет при этом наименьшим.
Для решения уравнений, связанных с определением рацио-
нальных режимов резания, находят применение электронно-
счетные машины.
Глава IV
Строгание и долбление
Строгание и долбление применяют при обработке плоских
и различных фасонных поверхностей. Обработку строганием
ведут на строгальных станках, обработку долблением — на дол-
бежных станках.
В современном машиностроении применяют продольно-стро-
гальные станки, у которых главное движение осуществляется
передвижением стола, а движение подачи, перпендикулярное
к главному движению, — резцом, и поперечно -строгальные станки,
у которых главное движение совершает резец, а движение подачи —
стол станка. По этой же схеме работают и долбежные станки.
Работа строгального и долбежного резцов имеет характер пре-
рывистого резания; врезание резца в заготовку в начале каждого
рабочего хода сопровождается ударами; после каждого рабочего
хода резец совершает холостой ход, назначение которого — подго-
товить резец к новому рабочему ходу. За время холостого хода
резец остывает и работает с точки зрения теплового режима в более
благоприятных условиях. С другой стороны, нестабильный тепло-
вой режим, при котором инструмент претерпевает циклические
нагрев и охлаждение, существенно ухудшает условия его работы,
приводит к усталостным явлениям и значительно снижает его
стойкость в сравнении со стойкостью токарного резца при непре-
рывном резании.
§ 1. Элементы режима резания и силы резания
при строгании
На рис. IV.1 приведена схема процесса строгания на попереч-
но-строгальном станке. Вектор ррх показывает направление рабо-
чего движения резца, а вектор s — движение заготовки, закреп-
ленной на столе станка. Все определения элементов режима реза-
ния и закономерности, данные выше применительно к обработке
точением справедливы и для процесса строгания.
Для строгальных станков с гидроприводом, когда скорость
рабочего хода практически постоянна, скорость резания опреде-
ляют по формуле
118
Vp-x = iooo + т>1 м/мин’
(IV.l)
где A = / + A + j/ - длина хода резца в мм; I — длина поверх-
ности строгания в мм; А — перебег резца при холостом (обратном)
ходе в мм; у — перебег резца при рабочем ходе в мм, величина
общего перебега А + у при работе на поперечно-строгальных
станках при длине строгания от 100 до 500 мм принимается соот-
ветственно равной 35—75 мм; к — число двойных ходов резца
или стола в минуту; т — отношение скорости рабочего хода
к скорости холостого хода ухх.
Рис. IV. 1. Схема процесса строгания
на поперечно-строгальном станке
Рис. IV.2. Схема сил, действующих
при строгании
Подача при строгании имеет размерность мм/дв. ход.
Силы, действующие при строгании и долблении. На рис. IV.2
приведена схема сил, действующих при строгании. Равнодей-
ствующая сила резания R при строгании, так же как и при точе-
нии, может быть разложена на силы Pz, Ру и Рх. Величины сил
при строгании и долблении подсчитывают по формулам (III.19) —
(III.21).
Выбор элементов режима резания при строгании сводится
к назначению глубины резания, подачи и скорости резания.
Глубину резания, как и при точении, назначают в зависимости
от припуска на обработку, мощности станка и характера обра-
ботки.
Подачу выбирают максимально допустимой в соответствии
с заданной шероховатостью обработанной поверхности, характе-
ром обработки и видом резца.
Скорость резания при строгании подсчитывают по формулам
для наружного продольного точения, но, учитывая ударную и пре-
Ц9
рывистую работу резцов, полученное значение умножают на по*
правочный коэффициент кс = 0,75. Для долбежных станков
fcc = 0,5	0,6. По найденной скорости резания определяют число
двойных ходов резца (стола). Назначенные s и ррх проверяют
по динамическим возможностям станка, для чего подсчитывают
мощность, затрачиваемую на резание, и необходимую (расчетную)
мощность электродвигателя станка; последнюю сравнивают с дей-
ствительной мощностью электродвигателя станка NCT (NCT > УУд).
В заключение подсчитывают машинное время при строгании:
Го=:д+у.+у2 МИН|	(Iv 2)
где В — ширина обработки поверхности заготовки в мм; ух =
= Zctgcp — путь врезания резца в направлении подачи в мм;
г/2 перебег резца в направлении подачи в мм.
§ 2. Строгальные и долбежные резцы
Строгальные резцы в сравнении с токарными работают в более
тяжелых условиях; их работа сопровождается ударами в момент
врезания в заготовку. При ударах резец отжимается назад, и,
если вершина его лежит в плоскости опоры АА (рис. IV.3, а),
она опишет дугу, к которой обработанная поверхность детали
будет касательной; в этом случае процесс строгания будет про-
ходить нормально. Если же вершина резца будет вынесена отно-
сительно плоскости АА вперед, то при отжиме она будет врезаться
в тело заготовки, что повлечет за собой порчу обработанной по-
верхности и даже поломку резца. Практически вершину резца
располагают в промежутке между плоскостями 00 и А А (плоскость
00 проходит через ось резца).
В зависимости от назначения различают следующие типы стро-
гальных резцов: проходные (рис. IV. 3, б), подрезные (рис. IV.3, в),
отрезные (рис. IV.3, г) и фасонные. Геометрия строгальных резцов
определяется углами а, у, ср, <рх, X, значения которых выбирают
на тех же основаниях, что и для токарных резцов.
Державки строгальных резцов подбирают более массивными,
чем державки токарных резцов, так как строгальные резцы обычно
работают с большим вылетом рабочей части и испытывают в работе
периодические удары в момент врезания резца в заготовку.
Долбежные резцы применяют на долбежных станках, имеющих
вертикальное перемещение резцовой головки. У проходного дол-
бежного резца (рис. IV.4, а) поверхность А является передней,
по ней сходит стружка; поверхность Б — задней. Главные углы
резца а и у лежат в главной секущей плоскости. На рис. IV.4, б
изображен прорезной долбежный резец, служащий для прорезки
канавок.
Как долбежные, так и строгальные резцы изготовляют из угле-
родистых, легированных и быстрорежущих сталей, применяют
также резцы, оснащенные пластинками твердого сплава.
120
I
s)
Рис. IV.4. Долбежные резцы:
а — проходной, б — прорезной
121
Глава V
Сверление, зенкерование и развертывание
Сверление — это один из наиболее распространенных способов
получения глухих и сквозных цилиндрических отверстий в сплош-
ном материале, когда требования к точности не выходят за пре-
делы 4—5-го классов. Если необходимо получить отверстие более
высокой точности, то после сверления применяют зенкерование
(3—-4-го класса точности) и развертывание (в пределах 2-го класса
точности и выше).
Процесс сверления совершается при двух совместных движе-
ниях: вращения сверла или детали вокруг оси отверстия (главное
движение) и поступательном движении сверла вдоль оси (движе-
ние подачи). При работе на сверлильном станке сверло совершает
оба движения — вращательное вокруг своей оси и поступательное
вдоль оси; заготовка закрепляется неподвижно на столе станка.
При работе на токарных и револьверных станках, а также на то-
карных автоматах вращается обрабатываемая заготовка, а сверло
совершает поступательное перемещение вдоль оси.
§ 1.	Конструкция и геометрические параметры
спирального сверла
У спирального сверла различают следующие части (рис. V.1);
Рабочая часть 5 — часть сверла, снабженная двумя
спиральными (точнее, винтовыми) канавками; рабочая часть вклю-
чает в себя режущую и направляющую части сверла.
Режущая часть/- часть сверла, заточенная на конус
и несущая режущие кромки.
Направляющая часть 2 — часть сверла, которая
обеспечивает направление сверла в процессе резания.
Хвостовик 5 — часть сверла, служащая для его закреп-
ления и передачи крутящего момента от шпинделя.
Лапка 4 (у сверл с коническим хвостовиком) служит упором
при выбивании сверла из отверстия шпинделя.
Основные элементы спирального сверла (рис. V.2):
122
Передняя поверхность 7 — винтовая поверх-
ность канавки, по которой сходит стружка.
Задняя поверхность 5 — поверхность, обращен-
ная к поверхности резания.
Режущая кромка 2 — линия, образованная пересе-
чением передней и задней поверхностей; главных режущих кромок
у сверла две.
Ленточка 4 — узкая полоска на цилиндрической поверх-
ности сверла, расположенная вдоль винтовой канавки; обеспечи-
вает сверлу направление при резании.
Поперечная кромка 5 — линия,.образованная в ре-
зультате пересечения обеих задних поверхностей.
Две главные режущие кромки (рис. V.2)% расположенные на ре-
жущей части (заборном конусе^образуют угол при вершине 2ср,
который у сверл из инструментальных сталей при обработке кон-
струкционных материалов обычно равен 116—118°; для разных
материалов он должен быть различным: для более твердых —
больше, для более мягких — меньше. Например, при обработке
жаропрочных и нержавеющих материалов максимальной стойко-
стью обладают сверла с углом 2ср = 125 4-135° (для глухого свер-
ления) и 2ф = 140° (для сквозных отверстий); при обработке .эбо-
нита, мрамора и других хрупких материалов угол 2ср = 804-90°;
при сверлении титановых сплавов 2ср = 904-120°; при сверлении
алюминия и алюминиевых сплавов 2ср = 1304-140°.
Угол наклона поперечной кромки ср изме-
ряется между проекциями поперечной и главных режущих кромок
на плоскость, перпендикулярную к оси сверла; при правильной
заточке сверла угол гр = 504-55°.
Наклон винтовой канавки, по которой сходит стружка, опре-
деляется углом со, заключенным между осью сверла и касательной
к винтовой линии по наружному диаметру сверла. Этот угол со,
называемый углом наклона винтовой канавки
сверла, определяет величину переднего угла: с увеличением угла со
Увеличивается передний угол и тем самым облегчается процесс
стружкообразования. Наклон винтовой канавки у сверл берется
от 18 до 30°. С увеличением угла со уменьшается прочность сверла,
123
вследствие чего у сверл малого диаметра он делается меньше, чем
у сверл большого диаметра.
Геометрические параметры режущей части сверла. Углы режу-
щих кромок сверла можно рассматривать двояко: в статическом
состоянии и в процессе резания (в движении). Рассмотрим сверло
как геометрическое тело в статическом состоянии.
На рис. V.3 для произвольной точки А показаны углы режущей
кромки сверла в двух сечениях в плоскости N—N, нормальной
Рис. V.2. Основные эле-
менты спирального свер-
ла
к режущей кромке, и в плоскости О—О,
касательной к цилиндрической поверх-
ности, на которой лежит рассматриваемая
точка.
Рис. V.3. Углы режущей части спирального
сверла
Передний угол у спирального сверла рассматривается
в плоскости N—N; угол наклона со винтовой канавки
сверла и задний угол а в той же точке А рассматриваются в пло-
скости О—О. Передний угол у — угол между касательной к перед-
ней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и нор-
малью в той же точке к поверхности вращения режущей кромки
вокруг оси сверла.
Задний угол а представляет собой угол между каса-
тельной к задней поверхности в рассматриваемой точке режущей
кромки и касательной в той же точке к окружности ее вращения
вокруг оси сверла.
На рис. V.4 показаны передние углы уь у2, Уз соответственно
в плоскостях N]—N2—N2, N3—N3, нормальных к главной
режущей кромке в точках 7, 2, 3, и у', у", у'" в плоскостях Ot—Olf
О2—О2, О3—О3, направленных по касательным к цилиндрическим
124
поверхностям, на которых лежат рассматриваемые точки. Перед-
ние углы у', у", у'" являются углами наклона винтовых линий
для точек 7, 2, 5, т. е.
у'=сох; у" = со2; вос-
произведем развертку винтовых линий сверла, лежащих на
поверхностях с диаметрами Du D2, D3 (рис. V.5). На основании
рис. V.5 для угла у', лежащего в плоскости Oi~можно напи-
сать
tgy' = tgOi = -^-,	(V.1)
где Dr — наружный диаметр сверла в мм; Н — шаг винтовой линии
сверла в мм.
°г °1
Рис. V.4. Передние и задние углы спирального
сверла
Так как для любой точки х режущей кромки шаг винтовой
линии остается постоянным, можно написать
tgv; = tgY'-^,	(V.2)
где yi~ передний угол для любой точки х режущей кромки сверла
в плоскости Ох—(9Х; у' = сох — передний угол в плоскости Ох —О1
для периферийной точки режущей кромки сверла (или угол наклона
винтовой канавки для наружного диаметра); Dx — диаметр сверла
для любой выбранной точки х режущей кромки; Dr — диаметр
сверла.
Так как главной секущей плоскостью для режущей кромки
сверла является плоскость, перпендикулярная к режущей кромке,
то передний угол ух в плоскости N±—Nx для периферийной точки
режущей кромки определится методом пересчета по формуле
= <V-3)
125
где ср — угол в плане главной режущей кромки, равный половине
угла при вершине.
Передний угол в плоскости NX~NX для любой точки х
<v-4)
Из формулы (V.4) видно, что при постоянном угле в плане
передний угол сверла не
Рис. V.5. Изменение угла
наклона винтовых канавок
остается постоянным, а уменьшается по
мере приближения к оси; у поперечной
кромки он принимает отрицательное
значение. В практике заточки сверл
приходится иметь дело с задним уг-
лом а.у (в нормальной плоскости N—
N). В этом случае для подсчета угла ct/v
можно пользоваться приближенной
формулой
tg aN = tg a sin ср. (V.5)
Углы спирального свер-
ла в процессе резания (в
движении). В процессе резания
в результате вращательного и поступа-
тельного движения сверла поверхность
резания представляет собой винтовую поверхность 1 (рис. V.6).
Вследствие этого действительные углы сверла изменяются: перед-
ний угол у5 становится больше угла у, измеренного в статике,
Рис. V.6. Поверхности при
сверлении:
1 — резания; 2 - обработанная
Рис. V.7. Задний угол в процессе резания
т. е. уд = у + И» а задний угол ад становится меньше угла а
(рис. V.7):
ад = a — fx,
где ц — угол наклона траектории резания (винтовой линии).
Величину угла pi можно определить по формуле
где $ — подача сверла в мм/об; D — диаметр сверла в мм.
(V.6)
126
Из формулы (V.6) видно, что угол ц тем больше, чем больше
подача s и чем ближе к центру находится рассматриваемая точка
режущей кромки. Поэтому, чтобы обеспечить в процессе резания
достаточную величину ад по всей длине режущей кромки, угол
заточки должен соответственно увеличиваться от периферии к цен-
тру сверла, что и осуществляется обычно в процессе заточки
сверла: на периферии сверла угол а делают равным 8—12° с по-
степенным увеличением его к центру до 20—25°.
§ 2. Элементы режима резания при сверлении
На рис. V.8 показана схема резания с обычно принятыми обо-
значениями.
Скорость резания v — окружная скорость наиболее удаленной
от оси сверла точки режущей кромки, определяется по формуле
nDn ,
woo м/мин’
где D — диаметр сверла (по ленточкам) в мм: п — частота враще-
ния сверла в об/мин.
Рис. V.8. Элементы резания при сверлении (а)
и при рассверливании (б)
Скорость резания при сверлении является величиной перемен-
ной, изменяющейся для разных точек режущих кромок от 0 до у
(по мере приближения к периферии).
Подача s — величина перемещения сверла вдоль оси за один
его оборот в мм/об. Подачу можно измерять также и в мм/мин,
в этом случае
Sm~sti мм/об.
Так как при сверлении обычно работают две режущие кромки,
то подача в мм, приходящаяся на каждую из кромок,
S
127
Толщина срезаемого слоя а — минимальное расстояние между
двумя последовательными положениями режущей кромки за один
Рис. V.9. Элементы
пути, проходимого
сверлом:
а — при сквозном свер-
лении на проход; б — при
глухом сверлении; в—при
рассверливании
мм.
(V.7)
оборот сверла. Измеряется она в направлении, перпендикулярном
к режущей кромке. По отношению к одной кромке
$ .
а = sz sin ср = -ту sin ср мм.
Ширина срезаемого слоя b измеряется вдоль режущей кромки
сверла и равна ее длине:
2 sm (р
Площадь поперечного сечения срезаемого слоя, приходящаяся:
на обе режущие кромки
г . Ds	о
f = ts = -77- мм2;
*	2
на одну режущую кромку
, f Ds Ds 2
/г““У“2-2~ 4 ММ‘
Основное (машинное) время при сверлении и рассверливании
вычисляется по формуле
То = мин,	(V.8)
где L — длина прохода сверла в направлении подачи в мм (рис. V.9)
L = I Ц- Zj —j— Z2 мм j
I — глубина сверления в мм; — величина врезания в мм; Z2 —
величина перебега (1—2 мм); $ — подача в мм/об; п — частота
вращения сверла в об/мин.
§ 3. Особенности процесса резания при сверлении
Процесс резания при сверлении во многом аналогичен точе-
нию, но имеет и ряд особенностей. Упруго-пластическому дефор-
мированию срезаемого слоя и здесь сопутствуют различные физи-
ческие явления: усадка стружки и ее завивание, выделение тепла
наростообразование, упрочнение поверхностного слоя (наклеп),,
128
трение стружки о поверхность винтовой канавки, трение задней
поверхности о поверхность резания и др. Наряду с этим процесс
резания при сверлении протекает в иных, более тяжелых условиях.
Прежде всего основную работу при сверлении выполняют две глав-
ные режущие кромки; поперечная кромка, или перемычка, имея
угол резания более 90°, не режет, а мнет металл, нагружая сверло
и вызывая значительные силы сопротивления на этом участке
сверла.
По сравнению с точением выход стружки при сверлении более
стеснен; подвод смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания
также затруднен. Кроме того, режущие кромки сверла на протя-
жении от периферии к центру имеют переменный передний угол;
изменяется также и скорость резания по длине режущей кромки,
что, в свою очередь, сказывается на изменении деформации в смеж-
ных элементах по всей длине режущей кромки: деформация стружки
к центру сверла увеличивается.
Поперечная кромка, имея угол резания больше 90°, работает
в тяжелых условиях: она еще значительнее деформирует металл,
создает повышенные напряжения на этом участке режущего ин-
струмента, что вызывает усиленный износ поперечной кромки
сверла. К тому же часть режущих кромок, примыкающих к пере-
мычке, при более стесненных условиях выхода стружки имеет
корость резания, близкую к нулю. Направляющие фасонные
ленточки, не имея заднего угла, создают при сверлении значитель-
ное трение о поверхность обрабатываемого отверстия, в результате
чего сильно изнашиваются.
При сверлении пластичных металлов (сталей) получают, как
при точении, сливную стружку и реже — элементную; при свер-
лении хрупких металлов (чугуна и бронзы) получают стружку
”чдлома. При сверлении также наблюдается явление усадки струж-
\ образование наростов и теплообразование. Принципиально
ъ тепла, наростов и условий их образования та же, что и при
чрной обработке.
§• 4. Силы резания при сверлении
а рис. V.10 показана схема сил, действующих на сверло
гщссе работы. На каждую режущую кромку сверла действует
^действующая сил сопротивления Р, приложенная в некоторой
j А; на поперечную кромку действует сила Рп к, направленная
^х, вдоль оси X, и пара сил, лежащая в плоскости, перпендику-
•ной к оси сверла (на рис. V.10 не показана); на каждую лен-
гку (вспомогательную.кромку) действует сила Рь направленная
• оси Z перпендикулярно плоскости чертежа, и сила трения лен-
цки об обработанную поверхность Рл, направленная вдоль
I X.
Для изучения влияния равнодействующей силы сопротивления
раскладываем ее на три составляющие Рх, Ру и Pz, направлен-
129
йые соответственно по осям X, У и Z. При условии правильной
(симметричной) заточки главных режущих кромок и пренебреже-
ния толщиной перемычки равнодействующая сил, действующих
по направлению оси У, равна нулю, так как в этом случае силы Ру,
равные по величине и противоположные по направлению, уравно-
вешиваются. Действующая вдоль оси сверла равнодействующая
сила Р01 называемая силой подачи, равна
сумме проекций сил, действующих вдоль
оси X, т. е.
Pq — 2Р х -|- Р п, к + 2Рл,
где Рп. к — сила, создаваемая при внедре-
нии в материал поперечной кромки;
Рл — сила трения ленточки сверла об об-
работанную поверхность.
Исследованиями установлено, что на
поперечную кромку приходится около
50% силы подачи, т. е. Рп к 0,5Ро.
Суммарный крутящий момент сопротив-
ления Мс, действующий на сверло, скла-
дывается из момента М от сил Р2, момен-
та Л/пк, создаваемого силами, действую-
щими на поперечной кромке, и момента 7ИЛ
от сил трения на цилиндрических ленточ-
ках сверла, т. е.
Рис. V.10. Силы, дей- Мс = М Мп. к + кгс-мм(Нм),
ствующие на сверло	, „
Р где М = (0,84-0,9) Мс.
Действующие на сверло в процессе работы осевая сила и крутя-
щий момент являются исходными для расчета сверла и частей
станка на прочность и деформацию, а также для определения мощ-
ности. Мощность, затрачиваемую на сверление, подсчитывают
по формуле
N--------М_сП__ в
716 200:1,36
(V.9)
где Мс —• крутящий момент, действующий на сверло, в кг - мм (Нм);
п — частота вращения сверла в об/мин.
Необходимая (потребная) мощность электродвигателя
Аг п==^ =______________кВт	(V 10)
Аэ-Д т) 716 200: 1,36ti п ’
где ц — к. п. д. станка.
Для определения величины момента и осевой силы применяют
особые приборы, называемые сверлильными динамометрами. Ши-
роко применяют малоинерционные электрические динамометры
с различными датчиками сопротивления, а также гидравлические
динамометры.
130
Крутящий момент и сила подачи при сверлении зависят в ос-
новном от геометрических параметров режущей части сверла,
диаметра сверла, подачи, смазочно-охлаждающей жидкости и фи-
зико-механических свойств обрабатываемого материала*
Влияние угла наклона винтовой канавки сверла. На рис. V.11, а
показано влияние угла со наклона винтовой канавки сверла на ве-
личину момента. Увеличение угла со до 30° резко влияет на умень-
шение крутящего момента. Происходит это потому, что с увели-
чением угла со соответственно увеличивается передний угол сверла,
что приводит к уменьшению работы пластической деформации.
нм М,кгс'см
о)
н-10* Р0,кгс
Рис. V.11. Влияние угла со на крутящий момент MG (а) и на силу по-
дачи Ро (6) при. сверлении
Изменение силы подачи в зависимости от изменения угла со пока-
зано на рис. V.11, б. Увеличение угла со до 30° способствует пони-
жению силы подачи, что благоприятно сказывается на прочности
сверла в механизме подачи.
Влияние угла при вершине 2ср. С уменьшением угла 2ф сила
подачи уменьшается, а момент увеличивается. Причина заключа-
ется в изменении ширины и толщины срезаемого слоя с изменением
угла 2ср. Здесь, как и при точении, с уменьшением угла 2ср (при
том же диаметре сверла) ширина срезаемого слоя увеличивается,
а толщина его уменьшается; это приводит к увеличению сил реза-
ния, действующих на режущие кромки, а следовательно, к уве-
личению крутящего момента.
Влияние длины поперечной кромки. На величину силы подачи
и крутящего момента при сверлении оказывает влияние длина
поперечной кромки. Особенно сильное влияние длина поперечной
кромки оказывает на силу подачи. Для уменьшения этой силы
уменьшают длину поперечной кромки путем подточки перемычки.
Что же касается крутящего момента, то исследованиями установ-
лено, что на величину момента изменение длины поперечной кррмки
в обычных пределах оказывает весьма небольшое влияние.
Влияние диаметра сверла. На величину силы подачи и момента
большое влияние оказывает диаметр сверла: с увеличением диа-
131
метра сверла крутящий момент и сила подачи увеличиваются.
Это связано с тем, что при увеличении диаметра увеличивается
глубина резания \t-~2 мм)и соответственно увеличивается общее
е .Ds л тт
сечение срезаемого слоя ; = мм2. Изменение диаметра значи-
тельно больше влияет на изменение крутящего момента, чем на из-
менение силы подачи.
Влияние подачи. С увеличением подачи сила подачи и крутя-
щий момент возрастают, но в меньшей мере, чем при увеличении
диаметра сверла. Можно считать, что увеличение сил сверления
с увеличением подачи аналогично увеличению сил резания при
точении.
Влияние с маз очно-охлаждающей жидкости. Исследованиями
установлено положительное влияние жидкости на величину силы
подачи и момента. Применение при сверлении жидкостей, и осо-
бенно поверхностно-активных, способствует уменьшению силы
подачи и момента: на 10—35% при обработке пластичных метал-
лов (сталей); на 10—18% при обработке чугуна; на 30—40%
при сверлении алюминиевых сплавов по сравнению с обработкой
всухую.
Подсчет крутящего момента и силы подачи при сверлении
ведут по формулам
Mq = CmDx™sv™ кгс • мм (Нм);	(V.11)
Р0 = Ср/Гр/р кгс(Н),	(V.12)
где См и Ср — коэффициенты, зависящие от свойств обрабатывае-
мого материала, геометрии сверла и других условий обработки;
D — диаметр сверла в мм; — подача в мм/об; ггм, г/м, и ур —
показатели степеней.
Значения коэффициентов и показателей степеней приводятся
в соответствующих справочниках. Например, для конструкционной
углеродистой стали сов - 75 ктс/мм2 [736 МПа]
Mc = 33,8Z)1’9s0’8 кгс-мм (332Z)W810-8 Н-м);
Po = 84,7Z)s0’7 кгс (830Z)s°»7 Н).
§ 5. Износ и стойкость сверл
Износ сверл. В процессе сверления режущая часть сверла
с течением времени изнашивается. Сверла изнашиваются в ре-
зультате трения задних поверхностей о поверхность резания,
стружки о переднюю поверхность, направляющих ленточек об обра-
ботанную поверхность и смятия поперечной кромки. На рис. V.12
показаны типичные виды износа сверла из быстрорежущей стали?
износ по задней и передней поверхностям, износ по уголкам и по
направляющим ленточкам.
132
по уголкам о = U,0 4-l,Z мм.
Рис. V.12. Износ сверла из быстро-
режущей стали
с его износом и зависит от тех
Износ сверла по задней поверхности происходит неравномерно:
у поперечной кромки износ меньше, чем у периферии. Наиболее
опасным видом износа У сверл является износ по уголкам, образуе-
мым главными режущими кромками и ленточками. Эти места явля-
ются наиболее напряженными, так как скорость резания в этих
местах сверла наибольшая, наибольшее здесь и выделение тепла
и соответственно наблюдается и самый интенсивный износ. На-
пример, при обработке сталей в качестве критерия затупления
для сверл из быстрорежущей стали принят износ по задней поверх-
ности у периферии Л3 = 1ч-1,2 мм; при сверлении чугунных заго-
товок сверлами, оснащенными твердым сплавом, за критерий
затупления принимается износ
Износ сверл, оснащенных твер-
дым сплавом, при сверлении
труднообрабатываемых мате-
риалов (жаропрочных и титано-
вых сплавов, а также тугоплав-
ких металлов, например, воль-
фрама, молибдена и др.) обычно
происходит по задним поверх-
ностям. Допустимая величина
износа лежит в пределах h3 =
= 0,35 ч-0,5 мм, что и необхо-
димо принимать за критерий
затупления.
Стойкость сверла. Под стой-
костью сверла понимается время
работы сверла до затупления —
от переточки до переточки. Стой-
кость сверла неразрывно связана
же факторов, что и износ: от свойств обрабатываемого материала,
материала режущей части сверла, его геометрии, диаметра сверла,
скорости резания, подачи и глубины просверливаемого отверстия.
Если зависимость Т = / (у) построить в двойной логарифмической
сетке, то приближенно, как и при точении,'в определенном диапа-
зоне изменения скорости резания, зависимость Z—и может быть
выражена степенной функцией:
Tvn = const
или
£
ч _ (const)n А
1	'J'm >
• rriTl
(V.13)
где А — коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала,
материала и геометрии сверла и условий обработки; ш — показа-
тель относительной стойкости, зависящий от тех же факторов, что
133
и коэффициент А. Для расчетов при работе быстрорежущими свер-
лами принимают в среднем т — 0,15-ь0,2.
Зависимость стойкости сверла от скорости резания, диаметра
сверла и подачи является весьма сложной и может быть выражена
следующей формулой:
1 х
ф const Dx	constnZ>n CvDXv	л /ч
<V-14>
Tnsn
Значения C*v, zn, xv и yv приведены в справочниках по режимам
резания.
В практике эксплуатации сверл при всех прочих равных усло-
виях норма стойкости сверл увеличивается с увеличением их диа-
метра. В табл. V.1 приводятся средние значения стойкости для
сверл, изготовленных из быстрорежущей стали, при обработке
стали и чугуна.
Таблица V .1
Средние значения стойкости сверл
О браб атыв аемый материал	Стойкость в мин сверл диаметром в мм								
	2-5	6-14	15-19	20-24	25-29	30-34	35-39	40-44	45-49
Сталь ....	6	10	12	18	25	30	35	45	55
Чугун ....	12	18	24	30	36	42	55	60	70
Влияние диаметра сверла. Сверла больших диаметров допу-
скают более высокие нормы стойкости, а при одной и той же стой-
кости — более высокие скорости резания, чем сверла меньших диа-
метров. Объясняется это тем, что при увеличении диаметра увели-
чивается масса сверла, отводящая тепло от поверхностей трения;
увеличивается также объем стружечных канавок, вследствие чего
облегчается подвод смазочно-охлаждающей жидкости к режущим
кромкам, уменьшается износ сверл.
Влияние подачи на стойкость и скорость резания при сверлении
такое же, как и при точении: с увеличением подачи для сохранения
одинаковой стойкости сверла следует соответственно снижать ско-
рость резания. При сверлении жаропрочных материалов измене-
ние подачи значительно сильнее сказывается на изменении стой-
кости сверл, чем при обработке конструкционных материалов.
Влияние глубины просверливаемого отверстия. С увеличением
глубины просверливаемого отверстия стойкость сверла понижа-
ется, что вызывается главным образом ухудшением условий его
работы: ухудшается отвод тепла, повышается трение стружки
о стенки канавок, затрудняется подвод смазочно-охлаждающей
жидкости к режущим кромкам и др. Все это приводит к тому, что
при глубине отверстия I >> 3D (при соблюдении одной и той же
стойкости) скорость резания, допускаемая сверлом, уменьшается.
134
Влияние формы заточки сверла. Изменяя форму заточки нор-
мальных спиральных сверл, можно в значительной мере устранить
свойственные им недостатки и тем самым повысить стойкость сверл
и допускаемую ими скорость резания. К таким мероприятиям
относятся двойная заточка сверл, подточка поперечной кромки
(перемычки), подточка цилиндрической ленточки и создание бес-
перемычных сверл.
Заборная часть сверла с двойной заточкой (рис. V.13) имеет
две пары ломаных режущих кромок: коротких (5 = 0,2 D) —
под углом 2ср0 = 70° и удлиненных — под углом 2ср = 116-ь 118°.
Такие сверла отличаются от нормальных спиральных сверл повы-
шенной стойкостью (в 2—3 раза большей при сверлении стали
и в.З—6 раз —- при сверлении
чугуна). Это дает возмож-
ность повысить скорость ре-
зания при той же стойкости
сверла на 15—20% по сравне-
нию с одинарной заточкой.
Повышение скорости реза-
ния, допускаемой такими
сверлами, объясняется тем,
что при двойной заточке угол-
ки у ленточек получаются
более массивными, режущие
кромки у сверл удлиняются.
Рис. V.13. Элементы двойной заточки
и улучшается отвод тепла.
Повышению стойкости сверла, подточки перемычки и ленточки
сверла способствует также
подточка поперечной кромки. Подточка увеличивает передний угол
на участках вблизи поперечной кромки, одновременно уменьшает
ее длину (размер Л, рис. V.13) и увеличивает активную длину
режущей кромки. Все это в совокупности облегчает процесс дефор-
мации и благоприятно влияет на стойкость сверла, которая повы-
шается в 1,5—2 раза.
Цилиндрические ленточки сверла, предназначенные для на-
правления сверла в процессе резания, не имеют заднего угла
и создают значительное трение. Опыты показывают, что для
уменьшения трения и облегчения процесса сверления целесооб-
разно для образования заднего угла подтачивать цилиндрическую
ленточку на длине 4 = 1,5-ь4 мм (рис. V. 13)Доставляя ее шириной
/ == 0,2-ь0,4 мм. Задний угол на этом участке ленточки =
= 6-5-8°. Такая подточка (затылование) цилиндрической ленточки
снижает трение, повышая тем самым стойкость сверл и допускае-
мую им скорость резания на 10—15%. Подточка ленточки целе-
сообразна для обработки заготовок с предварительно снятой кор-
Влияние жесткости сверла. При сверлении нержавеющих
а жаропрочных материалов сверлами из быстрорежущих сталей
135
Р9, Р18, РК10 и др. сверла имеют очень низкую жесткость и стой-
кость. Значительный вылет сверла, наличие нескольких канавок
и режущих кромок, работающих одновременно, большой крутящий
момент и осевые силы обусловливают низкую жесткость и стой-
кость сверл из быстрорежущих сталей также и при резании жаро-
прочных сплавов. Поэтому увеличение жесткости сверл путем
уменьшения их длины до I 10Z) и утолщения сердцевины при-
водит к увеличению стойкости сверл в 5—10 раз.
Влияние смазочно-охлаждающей жидкости. Применение жид-
кости для отвода тепла, образующегося при сверлении, не ме-
нее важно, чем при точении. Особенно важно применение охлаж-
дения при сверлении пластичных металлов. Сверление с охлажде-
нием дает повышение допустимой скорости резания в 1,4—1,5 раза.
В качестве охлаждающей жидкости рекомендуют: при сверлении
сталей 10—15%-ный раствор эмульсии в количестве~ 0,0834 л/с;
для легированных сталей — компаундированные масла; для свер-
ления серого чугуна — эмульсии (или всухую); для сверления
алюминиевых сплавов — эмульсии, керосин, а если нет охлажде-
ния, рекомендуется смазывать инструмент смесью машинного
масла с керосином.
Особенно эффективно охлаждение при обработке материалов,
отличающихся низкой теплопроводностью, к таким материалам
относятся жаропрочные и титановые сплавы. В качестве смазочно-.
охлаждающей жидкости при сверлении жаропрочных и титановых
сплавов рекомендуется применять 5—10%-ный водный раствор
эмульсола СОЖ8, олеиновую кислоту и ее смеси (с трансформа-
торным маслом, сульфофрезолом).
§ 6.	Выбор элементов режима резания при сверлении
Элементами режима резания при сверлении являются скорость
резания и подача.
Скорость резаний. На скорость резания, которую допускает
сверло, влияют в основном следующие факторы: физико-механи-
ческие свойства обрабатываемого материала, материал режущей
части сверла, стойкость сверла, диаметр сверла, подача, глубина
сверления, геометрия сверла и охлаждение.
На основании приведенных частных зависимостей [см. формулы
(V.13) и (V. 14)] обобщенная формула скорости резания при сверле-
нии
С DXv
V==T^M/MW’	(V.15)
где Cv — коэффициент, зависящий от обрабатываемого матери-
ала, материала сверла, формы сверла, геометрии его режущей
части и условий обработки (охлаждения, глубины сверления и пр );
Т — стойкость сверла в мин; т — показатель относительной стой-
кости; xv — показатель степени, определяющий влияние на ско-
136
рость резания диаметра сверла; yv — показатель степени, опреде-
ляющий влияние на скорость резания подачи.
Значения Cv, т, xv, yv, а также поправочные коэффициенты
на изменение условия обработки приведены в справочниках
по режимам резания. Например, скорость резания при сверлении
конструкционной углеродистой стали с ав = 75 кгс/мм2 (736 МПа)
сверлами из быстрорежущей стали Р18 подсчитывают по формуле
7Z)0,4	,
М/МИН-
При сверлении жаропрочного сплава на никелевой основе
ХН77ТЮ (ЭИ437А) сверлом из быстрорежущей стали Р18 скорость
резания
0,64В0,49 .
м/мин-
В табл. V.2 приведены данные по режимам резания при сверле-
нии некоторых марок жаропрочных сплавов.
Таблица V.2
Режимы резания при сверлении образцов из жаропрочных сплавов
(при .0 = 15 мм и $ = 0,12 4-0,15 мм/об)
Марка сплава	«В		V в м/мин
	в кгс/мм2	в МПа	
ЭИ867 		120—130	1178—1275	2,5—2
ХН77ТЮ (ЭИ437А) . . .	110	1080	7,5—5
ХН35ВТЮ (ЭИ787) . . .	110—120	1080—1178	6—5
При сверлении титановых сплавов быстрорежущим инструмен-
том формула для определения скорости резания имеет следующий
вид-
CVD°’3 .
м/мин-
Подача. Из формулы основного времени (V.8) следует, что
назначение элементов режима резания при сверлении, как и при
точении, сводится к выбору такой комбинации при которой
процесс сверления будет наиболее производительным. Для полу-
чения наибольшей производительности при сверлении выгодно
работать с максимально возможной подачей, величина которой
определяется прочностью сверла и механизмов станка (механизма
подачи и механизма главного движения) и жесткостью системы
СПИД.
Расчет подачи с учетом прочности сверла, В процессе резания
сверло испытывает напряжения от кручения и продольного изгиба
и поэтому допускает по прочности увеличение подачи лишь до
137
определенного предела, выше которого происходит разрушение
сверла. Максимальная подача при сверлении не должна превышать
такой величины, при которой возникающие в сверле внутренние
напряжения выходят за пределы допустимых. Наибольшая по-
дача, допускаемая прочностью сверла, определяется следующим
образом. Напряжения, возникающие в сверле от кручения,
т = -^£- кгс/мм2 (МПа),
где Мс — крутящий момент при сверлении; W — момент сопро-
тивления; для сверла на основании опытов W = 0,02 Z)3.
Максимальное напряжение в сверле с учетом крутящего мо-
мента и силы подачи
т _ 1 7т - 1’7Мс -
Ттах— 1,/Т — w —	*
это напряжение не должно превышать допустимого
Тдоп — g ,
где К — так называемый коэффициент безопасности, характе-
ризующий сверло от поломки при его нормальном затуплении.
Таблица V.3
Значения коэффициента С3
Обрабатываемый материал	Характеристика материала	Коэффициент
Конструкционная сталь	ав = 90 кгс/мм2 (884 МПа) сгв = 90-г-110 кгс/мм2 (884—1080 МПа) ов = 110 кгс/мм2 (1080 МПа)	0,064 0,050 0,038
Чугун	НВ < 170 кгс/мм2 (1665 МПа) НВ >170 кгс/мм2 (1665 МПа)	0,125 0,075
Цветные металлы	—	0,125
На практике принимают К = 2,5 при сверлении стали и К =
— 4 при сверлении чугуна.
Подставив значение ттах, получим
<тв 1,7СмрХУм ,	.
X = ~" 0.02Z)3— кгс/мм2 (МПа),
откуда наибольшая подача, допускаемая прочностью сверла,
Smax-y	м •
138
Xм/ ав 0,02	„	ям —3
Обозначая 1/	через С8, а —-- через х8, получим
г л 1,/им	2/м
окончательно
5max == C8Dxs,
Рекомендуется
^max =	(MM/06).
Значения С8 для сверл из быстрорежущей стали приводятся
в табл. V.3.
Расчет подачи с учетом прочности механизмов сверлильного
станка. Максимальная подача, допускаемая механизмом главного
движения сверлильного станка, определяется из условия, что
максимальный крутящий момент, допускаемый данным механиз-
мом (приводится в паспорте станка), должен быть больше крутящего
момента на сверле, т. е.
ЛЛлах
или
Мтах^^ХмА
Следовательно, максимальная подача, допускаемая механиз-
мом главного движения,
Точно таким же образом можно определить наибольшую по-
дачу, допускаемую прочностью реечного колеса механизма подачи.
Если обозначим наибольшую силу, допускаемую прочностью меха-
низма подачи Ррейки (приводится в паспорте станка), то наибольшую
подачу, допускаемую прочностью рейки, можно определить исходя
из следующего условия:
Р рейки > Р о,
где Ро = CpZ)xpsvp —• сила подачи,
или
брейки > Р5УР,
откуда наибольшая подача, допускаемая прочностью реечного
колеса,
9г<1Р-/РРеЙКИ MM/Об.
V CeDxP
Следовательно, подачу при сверлении необходимо подсчиты-
вать исходя из прочности сверла, а также из значений и $2,
допускаемых прочностью механизмов станка.
Выбор элементов режима резания при сверлении следует про-
изводить в следующей последовательности: 1) определить макси-
139
мальную допустимую подачу; 2) подсчитать скорость резания,
допускаемую режущими свойствами сверла, с учетом наивыгод-
нейшего периода стойкости и максимальной допустимой подачи,
руководствуясь формулой (V.13); 3) подсчитать мощность, затра-
чиваемую на сверление, по формуле (V.9); 4) проверить соответ-
ствие полезной мощности станка и мощности, потребной на свер-
ление (ЛэдЛ	5) подсчитать машинное время.
§ 7. Типы сверл
По конструкции и назначению сверла делят на перовые, спи-
ральные, центровые и специальные. К группе специальных отно-
сятся сверла для глубокого сверления (см. рис. V.18), кольце-
вые (см. рис. V.21), сверла повышенной жесткости (см. рис. V.17)
и др.
Рис. V.14. Принципиальная схема
смещения конусов заточки спи-
рального сверла по задней по-
верхности
Рис. V.15. Схема заточки спираль-
ного сверла:
1 — сверло; 2 — державка; 3 — цапфа;
4 — подшипник; 5 — круг; 6 — конус
заточки
Сверла' изготовляют цельной и сварной, конструкции из угле-
родистой и быстрорежущей сталей, а также оснащают твердыми
сплавами.
Спиральные сверла. Основные обозначения и определения,
относящиеся к спиральным сверлам стандартной конструкции,
а также геометрические параметры этих сверл приведены в гл. V,
§ 1. Спиральные сверла стандартной конструкции применяют для
сверления отверстий, глубина которых не превышает (44-5)/).
На рис. V.14 изображена принципиальная схема образования
задних поверхностей спирального сверла при заточке. Задние
поверхности сверла представляют собой части поверхностей двух
конусов со смещенными вершинами А и В относительно осей XX
и ZZ. Относительно оси XX вершины А и В смещены на величину
= 0,1 D, а относительно оси ZZ — на величину Д2 == 1,16 D.
Кинематика станков, на которых затачивают спиральные сверла,
140
21t
Рис. V.16. Силы, дей-
ствующие на конусный
хвостовик сверла
обеспечивает получение смещенных задних конических поверх-
ностей сверла (рис. V.15). Сверло 7, закрепленное в державке 2,
совершает колебательные движения вокруг оси, совпадающей
с осью конуса, образующего заднюю поверхность. Для этой цели
поддержка снабжена цапфой 5, поворачивающейся в подшипнике 4.
В процессе заточки поддержка вращается вокруг оси конуса 6,
а сверло одновременно подается вдоль своей оси к шлифовальному
кругу и совершает поступательные движения вдоль торцовой по-
верхности круга от периферии к центру и
обратно. После заточки одной режущей
кромки а сверло поворачивается вокруг
своей оси на 180° для заточки второй ре-
жущей кромки Ь.
Заточка спирального сверла по задним
поверхностям должна обеспечивать обра-
зование прямолинейных режущих кромок
одинаковой длины и симметрично распо-
ложенных. Хвостовая часть сверла вы-
полняется в форме цилиндра или в форме
конуса. В первом случае сверло закреп-
ляется при помощи кулачкового патрона;
во втором — при помощи конусной втул-
ки. Конусное закрепление сверла осно-
вано на трении, возникающем между ко-
нусной поверхностью хвостовика и внут-
ренней поверхностью конуса втулки.
Подсчет силы трения, момента и сред-
него диаметра конуса производят на ос-
новании рис. V.16. Нормальную силу,
приложенную к конической поверхности
в точке М, можно рассматривать как
равнодействующую сил Ро и Q, где
Ро — осевая сила, & Q — сила, перпендикулярная оси сверла. Угол
конусности определяется по формуле
sinG =
Jn. ’
а равнодействующая (она же нормальная сила)
Нормальная сила вызывает на поверхности конуса силу тре-
ния
где ц — коэффициент трения, равный приблизительно 0,096 (по
Берндту).
141
Момент определяется по формуле
=	= df,
где dc — средний диаметр конуса.
Это выражение справедливо для случая, когда имеется плотное
прилегание поверхности конического хвостовика к поверхности
конической втулки. Учитывая возможную неточность угла конуса
(в пределах Д0 = О-НО'), подсчет ведут по формуле
<‘ - 0'04Ав>-
Для подсчета среднего диаметра dc необходимо учитывать, что
момент, возникающий от действия силы трения Т, должен быть
Рис. V, 17. Спиральные сверла улучшенной конструкции:
а — повышенной жесткости; б и в — со стружкоделительными канавками
больше момента, возникающего в процессе сверления; у затупивше-
гося сверла момент возрастает в сравнении с моментом острого
сверла до 3 раз, в то время как осевая сила почти не изменяется.
Таким образом, необходимо выдержать условие 71/кр	371/.
Наряду со спиральными сверлами стандартной конструкции
в промышленности имеют широкое распространение различного
типа модифицированные спиральные сверла, позволяющие в ряде
случаев значительно повысить скорость резания на сверлильных
операциях.
Сверла повышенной жесткости. Эти сверла представляют собой
укороченную конструкцию спирального сверла из быстрорежущей
стали Р18 с утолщенной сердцевиной (рис. V. 17, а). При сверлении
нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов стойкость сверл
улучшенной конструкции в 5—8 раз выше стойкости обычных стан-
дартных сверл. Сверла имеют следующие конструктивные особен-
142
ности: 1) увеличенная площадь поперечного сечения (F =
== 0,58dV5); 2) ограниченная длина рабочей части сверла (Zo =
= 10d); 3) увеличенная обратная конусность 0,1—0,15 мм на 100 мм
длины сверла; 4) режущие кромки расположены относительно оси
сверла на расстоянии, равном половийе ширины перемычки;
ширина направляющей ленточки / = 0,25 ч-0,4 мм.
Оптимальные геометрические параметры сверла: а = 12ч-14°;
со = 32ч-35°; 2ср = 125ч-130°; ширина перемычки Ъ = (0,08ч-
ч-0,1) d.
N-N
6)
Рис. V.18. Сверла для глубоких от-
верстий:
а — рабочая часть ружейного сверла;
б — пушечное сверло
Сверла со стружкоделительными канавками. При сверлении
глубоких отверстий в вязких металлах в условиях работы автома-
тических линий Для лучшего отвода и удаления стружки приме-
няют спиральные сверла со стружкоделительными канавками
по передней (рис. V.17, б) или задней (рис. V.17, в) поверхностям.
Канавки располагаются в шахматном порядке, перекрывая одна
другую. На этих же рисунках показаны рекомендуемые величины
канавок и их расположение.
Сверла для глубокого сверления. При сверлении глубоких от-
верстий (L > 5й) применяют специальные сверла, представлен-
ные на рис. V.18, из которых одно (рис. V.18, а) относится к группе
ружейных сверл, другое (рис. V.18, б) — к группе пушечных
сверл. Ружейное сверло совершает одностороннее резание кром-
ками alt а2 и sa3, расположенными по одну сторону от его оси.
Для дробления сходящей стружки на части режущую часть
сверла снабжают стружкодробительными уступами на передней
поверхности образующими вместо одной сплошной режущей кром-
143
ки несколько отдельных режущих кромок av а2, а3. Одна из кро-
мок, непосредственно примыкающая к центру сверла (кромка а3),
имеет наклон под углом X относительно оси XX; она проходит
несколько ниже центра сверла, в результате чего в работе (наряду
со сходящими стружками) образуется стерженек диаметром d0.
Угол X выбирается с таким расчетом, чтобы можно было получить
стерженек диаметром 0,25—0,8 мм. Образование этого стерженька
означает, что часть режущей кромки у самой оси сверла освобожда-
ется от необходимости резать металл со скоростью, равной нулю,
и тем самым значительно облегчается процесс обработки.
Стружка, образующаяся в процессе резания, удаляется из от-
верстия принудительно струей жидкости, подающейся насосом
Рис. V.19. Сечение державки:
а — со впаянной трубкой; б — изготов-
ленная из трубы; 1 — медная трубка;
2 — корпус; 3 — стальная труба;
4 — полость для жидкости; 5 — ка-
навки для стружки
под давлением 15—16 кгс/см2 (1,43—1,57 МПа) по трубке, впаян-
ной в тело сверла, с выходным отверстием в рабочей части. В ка-
честве смазочно-охлаждающей жидкости применяют эмульсион-
ный раствор или сульфофрезол (осерненное масло).
На рис. V.19, а показано поперечное сечение державки сверла
с впаянной медной трубкой для жидкости. Для изготовления дер-
жавки может быть использована стальная труба, которая после
соответствующего обжима принимает форму, указанную на
рис. V.19, б. Задний угол сверла ап на кромке а2 (см. рис. V.18, а)
должен быть равен 8—10°, он получается заточкой по задней по-
верхности в специальном винтовом приспособлении. Для уменьше-
ния трения сверлу придается обратная конусность (0,1—0,15 мм
на 100 мм длины сверла). На сверло в процессе резания действуют
силы: осевая сила Ро, тангенциальная сила Pz и радиальные силы
Р'х и Р'х , которые, будучи направлены в противоположные стороны,
дают разность
р — р' __ р"
27 х - * X г X*
Чем ближе силу Рх удается приблизить к нулю, тем лучшего ка-
чества будет отверстие при сверлении и тем меньшим будет увод
сверла в сторону. Достигается это соответствующим подбором
таких параметров сверла, как углы при вершине (Pi и ср2 и величина
смещения вершины сверла А от геометрической оси. Величину сме-
144
щения выбирают в зависимости от диаметра сверла; углы при вер-
шине = 64° и ф2 = 72°.
Во ВНИИ разработаны конструкции твердосплавных ружей-
ных сверл диаметром от 7 до 75 мм. Сверло (рис. V.20) оснащено
одной твердосплавной режущей пластинкой 1 и двумя направляю-
щими пластинками 2, Вершина сверла смещена относительно оси
на величину А = 0,25 D,
Ружейные сверла, как быстрорежущие, так и твердосплавные,
применяются также на операциях глубокого вибрационного свер-
ления.
Особую трудность, как известно, представляет глубокое свер-
ление отверстий малого диаметра в деталях из жаропрочных
Рис. V.20. Ружейное сверло с припаянной пластинкой из твер-
дого сплава
и других высокопрочных материалов. Применение вибрационного
сверления успешно разрешает эту проблему. Сущность этого метода
обработки заключается в том, что сверлу с помощью специальной
установки, помимо обычного поступательного перемещения, при-
нудительно сообщается низкочастотное вибрационное движение
с малой амплитудой. Это обеспечивает эффективное и надежное
дробление стружки, образующейся в зоне резания, что является
одним из основных условий для осуществления высокопроизво-
дительной обработки [33].
Кольцевые сверла. При сверлении отверстий большого диа-
метра (свыше 75 мм) обычным способом в стружку превращается
большое количество металла. При применении же кольцевого
сверла (рис. V.21) большая часть металла остается в виде сердеч-
ника, представляющего собой пригодный для использования мате-
риал. Сверло (рис. V.21) своими режущими пластинками 7, за-
крепленными в корпусе 5, выбирает кольцевую канавку в обраба-
тываемой заготовке. В стенках корпуса между винтовыми канав-
ками под винтами 2 размещены шарики, которые под действием
пружин упираются в стенку сердечника и таким образом придают
сверлу постоянное направление в работе. Корпус сверла соединен
145
с оправкой 4 резьбой. На оправке закреплено кольцо 5 со штуце-
ром & и резиновым шлангом 7 для подвода охлаждающей жидкости,
которая подается насосом.
Сверла, оснащенные твердыми сплавами, находят все более ши-
рокое применение. По сравнению с быстрорежущими твердосплав-
Рис. V.21. Кольцевое сверло
ные сверла имеют ряд особенностей как по конструкции, так и по
геометрическим параметрам. Длина рабочей части сверл для макси-
мального увеличения их жесткости и виброустойчивости делается
минимально возможной. С этой же целью увеличивается толщина
сердцевины сверла в 1,8—2,0 раза, увеличивается также обратная
конусность до 1—2 мм на 100 мм длины сверла.
2
а)
Рис. V.22. Сверла, оснащенные твердым Сплавом:
а — с припаянной коронкой; б — с припаянной пластинкой из твердого сплава;
1 — коронка; 2 — корпус; з — пластинка
Основные элементы твердосплавных сверл с цилиндрическим
хвостовиком и винтовыми канавками диаметром от И до 20 мм
показаны на рис. V.22, б; сверло предназначено для обработки
сталей. Пластинка из твердого сплава впаивается в гнездо, выфре-
зерованное в корпусе сверла. Диаметр сверла D по пластинке дела-
ется больше диаметра сверла по сечению корпуса Dx на величину
0,05—О2О8 мм. По передней поверхности сверла для упрочнения
146
режущей кромки делается заточка с углом у « —5°; задний угол
а = 64-8°. Подобные конструкции сверл имеются также для диа-
метров D = 24-10,5 мм. Мелкие конструкции спиральных сверл
до 3 мм в настоящее время изготовляются из пластифицирован-
ных заготовок твердого сплава, которые до термической обработки
легко поддаются механической обработке для придания им нужной
формы с последующим спеканием этих заготовок.
На рис. V.22, а приведена конструкция сверла с припаянной
к корпусу 2 (из стали 9ХС) твердосплавной коронкой 1. У режу-
щей кромки сверла на передней поверхности делается фаска / =
= 0,24-0,3 мм. Канавка для отвода стружки имеет винтовую
форму с углом со = 30°.
Применение сверл с напаянными твердосплавными коронками,
а также твердосплавных сверл цельной конструкции позволяет об-
рабатывать высокопрочные и жаропрочные материалы с большими
скоростями.
§ 8. Зенкерование и развертывание
Зенкерование — процесс увеличения зенкером предварительно
подготовленного отверстия (литого, штампованного, просверлен-
ного) для придания его стенкам; более правильной геометрической
формы и чистоты. Эта операция
может быть окончательной (при
получении отверстия до 4-го
класса точности и до 6-го класса
чистоты) или предварительной
(получистовой) — перед развер-
тыванием. Средние значения
припусков под зенкерование
(после сверления) 0,5—3 мм на
сторону.
Р азвертывание — процесс
окончательной обработки отвер-
стия разверткой для получения
более точных размеров (до 2-го
.класса точности) и меньшей
шероховатости обработанной
поверхности (в пределах 7—
9-го классов). Припуск под раз-
вертывание принимается не-
большой — в среднем 0,15—0,5 мм на сторону для черновых раз-
верток и 0,05—0,25 мм — для чистовых.
Элементы зенкера. На рис. V.23 показаны элементы и части
цилиндрического зенкера. По форме режущей части зенкер напоми-
нает спиральное сверло, но в отличие от сверла он имеет три или
четыре главные режущие кромки, расположенное на режущей
части; кроме того, зенкер не имеет поперечной кромки.
си
Рис. V.23. Элементы и части цилин-
дрического зенкера:
1 — режущая часть; 2 — направляющая
часть; з — рабочая часть; 4 — шейка;
5 — хвостовик; в — лапка; 7 — передняя
поверхность; 8 — режущая кромка;
9 — задняя поверхность; 10 — ленточка
147
Цилиндрический зенкер имеет следующие части: режу-
щую (заборную) часть 7, несущую режущие кромки, рас-
положенные под углом в плане ср = 45 4- 60°; она выполняет основ-
ную работу резания; калибрующую (направляющую)
часть 2, имеющую узкие ленточки 10 и служащую для направ-
ления зенкера в отверстии в процессе резания; хвостовик 5,
служащий для закрепления зенкера.
Геометрические параметры зенкера показаны на рис. V.24.
Передний угол у измеряется в главной секущей плоско-
сти N—N, перпендикулярной к проекции режущей кромки на
основную плоскость; в зависимости от механических свойств обра-
батываемого материала и
материала зенкера у назначается от 0
до 15°. Задний угол а изме-
ряется также в плоскости N—N и
делается в пределах 8—10°. Угол
наклона винтовой ка-
навки со принимают в пределах
10—30°. Зенкер имеет обратный
конус под углом = 14-2°.
Элементы развертки. По конструк-
ции и оформлению режущих кромок
развертка (рис. V.25) несколько от-
личается от зенкера. Отличие заклю-
Рис. V.24. Геометрические па-
раметры зенкера
(заборную) часть; нагрузка,
значительно меньше, чем у
чается в том, что развертка имеет
большее число режущих кромок (от
6 до 12) и более пологую режущую
приходящаяся на режущие кромки,
зенкера. Все это влияет на повыше-
ние точности стенок отверстия после развертывания.
Развертка, как и зенкер, состоит из рабочей части 7, шейки 6
и хвостовика 5. Рабочая часть развертки состоит из трех элемен-
тов режущей части 2, цилиндрической (калибрующей) части 3
и обратного конуса 7; в длину рабочей части входит и направляю-
щий конус 7, имеющий угол при вершине 90°. Режущая часть
производит основную работу развертывания при помощи главных
режущих кромок, наклоненных к оси под углом в плане ср и обра-
зующих угол заборного конуса 2ср. У ручных разверток ср =
= 0,54-1,5°, а у машинных при обработке сквозных отверстий
в стальных заготовках ср = 15° и в чугунных заготовках ср =
= 5°. Для твердосплавных разверток ср = 304-45°. Цилиндриче-
ская часть служит для калибрования отверстия и направления
развертки в отверстии. Обратный конус делают для уменьшения
трения рабочей части развертки о стенки отверстий.
Режущие зубья развертки должны иметь правильно подобран-
ные углы — передний у и задний а. Эти углы измеряют в плоско-
сти Х—Л, перпендикулярной к режущей кромке; выбирают их
в зависимости от обрабатываемого материала и назначения раз-
вертки. Для разверток из инструментальных сталей при черновой
148
обработке вязких металлов передний угол у выбирают в пределах
5—10°, а при чистовой обработке у = 0. Для разверток, оснащен-
ных пластинками из твердого сплава, оптимальным передним углом
является у = Он-15°.
^-0; а^О
Рис. V.25. Элементы и части цилиндрической развертки:
1 — направляющий конус; 2 — режущая часть; з — калибрующая
часть; 4 — обратный конус; 5 — хвостовик; 6 — шейка; 7 — ра-
бочая часть; 8 — ленточка; 9 — передняя поверхность; 10 — зад-
няя поверхность
Задний угол а на режущей части измеряют также в плоскости
Л—Л, выбирают этот угол в зависимости от обрабатываемого ма-
териала: от 10 до 12° для алюминия и его сплавов и от 6 до 10°
для углеродистой и легированной сталей с ав > 50 кгс/мма
(490 МПа). Углы на калибрующей части развертки измеряют в пло-
скости Б—Б.
§ 9. Элементы режима резания, силы и скорость резания
при зенкеровании и развертывании
Глубина резания равна полуразности диаметров отверстия
до и после обработки (рис. V.26), т. е.
. D-d
t ——х— мм.
Подача при зенкеровании или развертывании выражается
в миллиметрах за один оборот инструмента (мм/об). Если обозна-
149
чить подачу зенкера или развертки через $, а число зубьев через
2, то подача в миллиметрах на один зуб (режущую кромку)
Толщина среза, снимаемая каждым зубом зенкера (развертки),
s sin ф
а = s7 sm ср =----— мм.
z r	Z
Ширина среза
. t	D — d
b = -— = n—-— мм.
sin (p 2 sin (p
Площадь поперечного сечения среза, приходящаяся на одну режу-
щую кромку зенкера (развертки),
,	. s(D — d)	„
Л =	= ’ 2z  мм •
Общая площадь поперечного сечения среза
/=М = -^ мм«.
Скорость резания при зенкеровании (развертывании) опреде-
ляется по той же формуле, что и при сверлении, т. е.
nDn ,
нюо М/МИН’
где D —- диаметр зенкера (развертки) в мм; п — частота вращения
в об/мин.
Рис. V.26. Схема работы зенкера (а) и развертки (б)
Основное (машинное) время при зенкеровании (развертывании)
определяется по формуле, аналогичной формуле сверления (V.8):
Т — £ — ^ + ^1 + ^2
2 q —-- — -------- МИН,
sn
где L — длина пути, проходимая зенкером (разверткой) в направ-
лении подачи, в мм; I — глубина зенкерования (развертывания)
150
в мм; lr — путь врезания, определяемый по формуле = t ctgcp,
в мм; ср — главный угол в плане; Z2 —" перебег инструмента,
равный 1—Змм.
Силы резания. Равнодействующую сил сопротивления резанию
при зенкеровании (развертывании) можно разложить так же, как
и при сверлении, на составляющие силы Pz, Ру и Рх, действую-
щие в трех направлениях.
Тангенциальные силы, действующие в плоскости вращения
зенкера (развертки), создают момент сопротивления резанию 71/,
преодолеваемый механизмом главного движения станка. Силы,
действующие вдоль оси, преодолеваются приложением в меха-
низме подачи соответствующей осевой силы Ро. Силы Ру, противо-
положные по направлению, взаимно уравновешиваются.
Крутящий момент и силу подачи при зенкеровании (разверты-
вании) можно определить по формулам:
М = CMDxMsyMtuM кгс-мм(Нм);	(V.16)
ро = CpDxPsy?tuP кгс (Н),	(V.17)
где См и Ср — коэффициенты, характеризующие обрабатываемый
материал и условия резания; D —- диаметр зенкера (разверткц)
В мм; $ — подача в мм/об; t — глубина резания (припуск на обра-
ботку) в мм; Хм, Ум, им, й и - показатели степеней.
Значения коэффициентов и показателей степеней приведены
в соответствующих справочниках. При зенкеровании стальных
заготовок, имеющих ов — 75 кгс/мм2 (736 МПа), зенкером, осна-
щенным пластинками из сплава Т15К6, См — 943;	= 0,75;
Ум = 0,95; им = 0,8.
Эффективную мощность, затрачиваемую на зенкерование (раз-
вертывание), определяют по формуле
дг------______кВт
— 716200 • 1,36 п
Износ зенкеров. Зенкеры обычно изнашиваются по задней
поверхности, по передней поверхности (с образованием небольшой
лунки), по уголкам и по ленточке (рис. V.27). За критерий затуп-
ления зенкеров из быстрорежущей стали принимают: а) при обра-
ботке конструкционных углеродистых и легированных сталей
с охлаждением — износ по задней поверхности = 1,2 ч- 1,5 мм;
б) при обработке жаропрочной стали Х18Н9Т (ЭЯ1Т) с охлажде-
нием — износ по задней поверхности h3 = 0,4 мм; в) для зенке-
ров, оснащенных пластинками из твердого сплава, за критерий
затупления принимают износ по задней поверхности у ленточки;
величина допустимого износа приведена в промышленных норма-
тивах. Например, при обработке хромокремниемарганцовистой
стали с охлаждением, имеющей ов = 115 4- 170 кгс/мм2 (ИЗО ч-
4- 1670 МПа), допустимый износ h3 = 0,6 мм.
151
Износ разверток. Развертки, срезающие очень тонкие слои
металла, изнашиваются в основном по задней поверхности и уголку
в месте перехода режущей части в цилиндрическую (калибрую-
щую) часть (рис. V.28). При этом вследствие изменения размеров
развертки увеличивается шероховатость обработанной поверх-
ности и ухудшается точность размеров отверстия. Поэтому за
критерий затупления развертки принимают такую величину из-
носа, при которой обработанное разверткой отверстие перестает
удовлетворять техническим условиям, т. е. выходит за пределы
допуска и перестает удовлетворять необходимому классу чистоты.
Это так называемый технологический критерий износа инстру-
мента.
Рис. V.27. Износ зенкеров:	Рис. V.28. Износ раз-
fl — быстрорежущего; б — оснащенного пластинками из	вертки.
твердых сплавов	_ износ по задней поверх’
ности
Максимально допустимыми величинами износа разверток из
быстрорежущей стали являются h3 = 0,6 ч- 0,8 мм при обработке
углеродистых и легированных сталей с охлаждением и h3 =
= 0,25 ч- 0,3 мм при обработке жаропрочной стали Х18Н10Т
с охлаждением.
За критерий затупления твердосплавных разверток прини-
мают: а) при обработке незакаленных сталей износ по задней
поверхности h3 = 0,4 ч- 0,7 мм; б) при обработке закаленной
стали с ов = 180 кгс/мм2 (1765 МПа) h3 = 0,4 ч- 0,35 мм.
Скорость резания при зенкеровании и развертывании зависит
от обрабатываемого материала и материала инструмента, диа-
метра инструмента Z), периода стойкости Т, глубины резания t,
подачи s и других факторов. Скорость резания при зенкеровании
и развертывании определяют по формуле
С DXy
v = 7^hr м/мин.	(V.18)
Т s vt v
Значения коэффициентов, показателей степеней и рекомендуе-
мой стойкости приводятся в справочниках по режимам резания.
152
При зенкеровании углеродистой конструкционной стали, име-
ющей ав = 75 кгс/мм2 (736 МПа), зенкерами из быстрорежущей
стали
16,ЗП0’4	,
U = п 9 л 9 п М/МИН.
При развертывании заготовок из углеродистой конструкцион-
ной стали, имеющей ов = 75 кгс/мм2 (736 МПа), развертками из
быстрорежущей стали
10,5П0’3	,
V “ ^0,4^0,2^0,25 М/МИН*
Зенкерование и развертывание жаропрочных сплавов. Жаро-
прочные сплавы на никелевой основе плохо обрабатываются реза-
нием, в том числе и при зенкеровании и развертывании. При зен-
керовании и развертывании жаропрочных сплавов применяют
инструмент из быстрорежущей стали Р9Ф5; скорость резания
принимают в 2—3 раза меньше, чем при сверлении. При этом
необходимо так же, как и при сверлении, применять обильное
охлаждение эмульсией или сульфофрезолом.
Зенкерование и развертывание титановых сплавов. В качестве
инструментального материала для зенкеров и разверток диамет-
ром более 10 мм применяют твердый сплав ВК8; для зенкеров и
разверток меньшего диаметра — быстрорежущие стали Р18, РК10,
Р9Ф5 и Р9К5.-После термической обработки инструменты должны
иметь твердость HRC 63—65.
Рекомендуемые режимы резания при зенкеровании: а) зенке-
рами, оснащенными пластинками из твердого сплава ВК8; v =
— 10 -г 15 м/мин, $ = 0,1 -г 0,3 мм/об, t = 0,5 4- 1 мм; б) зен-
керами из быстрорежущей стали: v — 3 4- 5 м/мин, s = 0,05 4-
4- 0,2 мм/об, / = 0,3 4- 0,8 мм. В качестве смазочно-охлаждающей
жидкости применяют касторовое масло или олеиновую кислоту,
а также ее смеси с другими жидкостями.
Рекомендуемые режимы резания при развертывании: а) раз-
вертками, оснащенными пластинками из твердого сплава ВК8:
v = 10 4- 15 м/мин, s = 0,1 4- 0,2 мм/об, t = 0,05 4- 0,1 мм;
б) развертками из быстрорежущей стали: 'р = 2 4- 3 м/мин,
s — 0,05 4- 0,2 мм/об, t = 0,05 4- 0,1 мм.
При развертывании инструментом из быстрорежущей стали
или оснащенными пластинками из твердых сплавов рекомендуется
применять те же смазочно-охлаждающие жидкости, что и при
зенкеровании. В зарубежной литературе в качестве смазочно-
охлаждающей жидкости при развертывании титановых сплавов
рекомендуется осерненное масло.
В работе [20] проводится рекомендация следующих смазочно-
охлаждающих жидкостей в порядке уменьшения шероховатости
обработанной поверхности: 1) 5%-ный раствор эмульсола в воде;
153
2)	сульфофрезол; 3) олеиновая кислота; 4) 40% сульфофрезола,
30% олеиновой кислоты и 30% скипидара; 5) 80% сульфофрезола
и 20% четыреххлористого углерода.
Подача. Допустимые значения подачи при зенкеровании и раз-
вертывании с учетом прочности инструмента, жесткости обрабаты-
ваемых деталей, точности обработки и других факторов приводятся
в соответствующих справочниках. Величину подачи всегда следует
выбирать максимальной, технически допустимой в соответствии
с технологическими требованиями к обработанному отверстию
(точности и класса чистоты).
§ 10, Типы зенкеров и разверток
Зенкеры. В зависимости от назначения зенкеры подразделяются
на:
1)	спиральные, применяемые для обработки сквозных цилинд-
рических отверстий, полученных после сверления, литья, ковки и
штамповки;
2)	цилиндрические, применяемые для обработки торцов у ли-
тых бобышек и отверстий под цилиндрические головки болтов;
3)	конические зенковки, применяемые для обработки кониче-
ских гнезд под болты и заклепки и зенкования центров в заготов-
ках.
По конструктивным признакам зенкеры делят на цельные, сбор-
ные и насадные.
Спиральные зенкеры диаметром 12—35 мм изготовляют цель-
ными, с коническим хвостовиком и с тремя режущими зубьями
(рис. V.29, а), а диаметром 25—80 мм — насадными с четырьмя
(реже с шестью) режущими зубьями (рис. V.29, б). Зенкеры с кони-
ческим хвостовиком делают цельными, если они изготовлены из
инструментальных сталей (У12А, 9ХС и др.), и сварными, если
у них рабочая часть сделана из быстрорежущей стали. Насадные
зенкеры изготовляют из высококачественной быстрорежущей
стали Р9, Р18 и др.; закрепляют их в шпинделе станка при помощи
оправки (рис. V.29, в).
' Винтовые канавки у зенкера по глубине меньше, чем у сверла,
соответственно меньшему объему снимаемой стружки.
Зенкеры для глухих отверстий. Для обработки глухих отвер-
стий применяют зенкеры с двумя режущими зубьями (цельные
или пластинчатые).
Цельные зенкеры. Цельные зенкеры применяются для обра-
ботки отверстий диаметром 4—35 мм, а пластинчатые (рис. V.30)
диаметром 32—80 мм. Главная режущая кромка пластинчатого
зенкера расположена со стороны торца, а углы а и у лежат в глав-
ной секущей плоскости N — N. Передний угол у получается за-
точкой по передней поверхности. Передний угол у и задний угол а
делают равными 10°. Главный угол в плане ср = 909. Зенкер
имеет обратную конусности характеризуемую углом <рх = 1 -г 2°.
154
На вспомогательной задней поверхности зуба зенкера выполнена
узкая цилиндрическая фаска /, вследствие чего угол = О9.
Зенкеры сборные. Зенкеры диаметром 40—100 мм для эконо-
мии дорогостоящих инструментальных материалов изготовляют
сборными, со вставными ножами (рис. V.31, а). Корпус 1 зенкера
изготовляют из конструкционной стали, а вставные ножи 2 —
из высококачественной быстрорежущей стали. Ножи крепят в кор-
пусе при помощи рифлений, т. е. вставные ножи и гнезда для них
6)
Рис. V. 29. Конструкция зенкеров:
а — трехзубый с коническим хвостовиком; б — четырехзубый
насадной; в — оправка для насадного зенкера
в корпусе зенкера снабжают специальной рифленой насечкой
одного и того же профиля. Для надежности крепления ножи и
гнезда для них имеют клиновидную форму. Кроме сборных зен-
керов с осевыми рифлениями, применяют зенкеры с радиальными
рифлениями (рис. V.31, б), у которых ножи 2 и пазы 1 в корпусе
имеют наклоны в радиальном направлении 59 и в осевом 1?30'.
Зенкеры, оснащенные пластинками из твердого сплава. В на-
стоящее время для обработки высокопрочных сталей, а также для
повышения режимов обработки создан ряд конструкций твердо-
сплавных зенкеров. На рис. V.32 приведен зенкер с твердосплав-
155
ными пластинками, впаянными в корпус; угол наклона винтовой
канавки со = 12°. Зенкеры оснащаются пластинками из сплавов
Т15К6, ВК8 и ВК6. Напайку пластинок производят как на цель-
Рис. V.30. Пластинчатый зенкер для
обработки глухих отверстий
Рис. V.31. Насадные зенкеры со
вставными быстрорежущими но-
жами
ные, так и на насадные зенкеры. Двухступенчатые зенкеры при-
меняют для совмещения операций и повышения производитель-
ности.
Представленная на рис. V.33 конструкция состоит из двух
ступеней, первая из которых, имеющая меньший диаметр, установ-
лена во внутреннем конусе вто-
рой ступени большого диаметра.
Развертки. Развертки делят
на две основные группы: ручные
и машинные. По конструкции
хвостовой части их подразде-
ляют на развертки с кониче-
ским, цилиндрическим и квад-
ратным хвостовиком; по форме
обрабатываемого отверстия —
на цилиндрические, конические
и ступенчатые; по способу креп-
ления зубьев — на цельные,
напайные и с механическим
Рис. V.32. Трехзубый зенкер с впаян-
ными твердосплавными пластинками
креплением; по материалу режущей части — на углеродистые,
быстрорежущие, твердосплавные.
На рис. V.34, а и б приведены две конструкции машинных раз-
верток, из которых одна —- цельная с цилиндрическим хвостови-
ком, другая — насадная.
Ручная развертка отличается от машинной геометрией режу-
щей части, размерами рабочей части и формой хвостовика. У руч-
ной развертки угол ср меньше, чем у машинной. По длине рабочей
156
части ручные развертки в 1,5—2,0 раза больше машинных. Хво-
стовая часть ручной развертки имеет форму квадрата. Калибрую-
щий зуб в отличие от режущего на вершине имеет цилиндрическую
Рис; V.33, Двухступенчатый зенкер
фаску / = 0,3 4- 0,4 мм. Число зубьев развертки определяют
по формуле
z = l,5/P4-£,
где К = 2 для вязких металлов и К = 4 для хрупких металлов,
при этом рекомендуется применять развертки с четным числом
зубьев, но с неравномерным' шагом. Углы между зубьями для
восьмизубой развертки показаны на рис. V.34, в ((ох = 42s,
<о2 = 44s, (о3 = 46s и со4 = 48s).
Рис. V.34. Конструкция разверток:
а — цилиндрическая цельная; б — цилиндрическая насадная; в — схема
расположения зубьев у восьмизубой развертки
Развертки для глухих отверстий. Для развертывания глухих
отверстий применяют специальные развертки, имеющие режущие
зубья не только на заборной части, но также и на торце. Раз-
вертки для глухих отверстий могут быть цельными и насадными
(рис. V.35). Заборная часть затачивается с углом ср = 45s. Осталь-
ные геометрические параметры такие жеа как и у разверток для
сквозных отверстий.
157
Конические развертки применяют для обработки конических
отверстий, ими обрабатывают, например, конические отверстия
под конус Морзе № 1—6. Конические отверстия обрабатывают
Рис. V.35. Насадная цилиндрическая развертка
для обработки глухих отверстий
последовательно тремя развертками (рис. V.36), Режущие кромки
первой черновой развертки (рис. V.36, а) имеют форму уступов;
при обработке этой разверткой получают коническое отверстие,
покрытое бугорками. Вторая, получистовая развертка (рис. V.36, б)
Рис. V.36. Комплект конических разверток
срезает оставшиеся от предыдущей операции бугорки. Третья,
чистовая развертка (рис. V.36, в) имеет сплошные режущие кромки
по всей длине.
Передний и задний углы разверток рассматриваются в пло-
скостях N — N. Передний угол у для первой и второй разверток
принимают равным 6—8°, а для третьей развертки у = О9. Задние
угды а для всех трех разверток выдерживают равными 8—109.
158
Развертки со вставными ножами изготовляют для экономии
быстрорежущей стали, а также для регулирования размеров раз-
верток по диаметру. Ножи в корпусе развертки крепят различ-
ными способами. Наиболее рациональным является закрепление
Рис. V.37. Насадная развертка со вставными ножами
при помощи рифленых поверхностей, которые имеют нож и корпус
развертки (рис. V.37).
Сечение NN является главным, так как в нем рассматривают
углы у и а. Канавки для ножей делают или прямыми, или с на-
клоном под углом со = 10 4- 129.
Рис. V.38. Развертка с твердосплавной коронкой
Развертки с твердосплавной рабочей частью (рис. V.38) пред-
назначены для обработки предварительно просверленных отвер-
стий в деталях из жаропрочных, нержавеющих и специальных
труднообрабатываемых сталей и сплавов. В сравнении с быстроре-
жущими стойкость твердосплавных разверток в 10 раз больше.
Развертка состоит из двух частей — из хвостовика (сталь 45) и
монолитной коронки из твердого сплава ВК6, ВК8 и ВК10 диа-
метром 8—10 мм.
Глава VI
Фрезерование
Фрезерование является широко распространенным процессом
резания материалов, применяемым для обработки плоских и фа-
сонных поверхностей. Применяется фрезерование и для обработки
резьбы. При этом способе обработки может быть получена точ-
ность 3—4-го классов и шероховатость поверхности V4—V7.
Режущий инструмент при фрезеровании — фреза. Фреза —
многозубый режущий инструмент, выполненный в виде тела вра-
щения, на образующей поверхности или на торце которого рас-
положены режущие кромки. Главное движение при фрезерова-
нии — вращение инструмента, а движение подачи — обычно по-
ступательное перемещение заготовки. Основные виды фрезеро-
вания показаны на рис. VI. 1.
§ 1. Геометрические элементы режущей части фрезы
На рис. VI.2 показаны геометрические параметры режущей
части торцовой фрезы, оснащенной пластинками из твердого сплава,
а на рис. VI.3 — цилиндрической фрезы из быстрорежущей стали.
Различают углы главной режущей кромки зуба в плоскости,
нормальной к режущей кромке, и углы в плоскости, нормаль-
ной к оси фрезы. У торцовой фрезы (рис. VI.2) в плоскости Е—Е
находится главный передний угол у и нормаль-
ный задний угол ап, в плоскости ББ находятся глав-
ный задний угол а, поперечный (радиальный)
передний угол у' ив плоскости АА —продольный
передний угол у".
Работоспособность торцовых фрез зависит также от глав-
ного угла в плане ср и угла наклона главной
режущей кромки X (рис. VI.2).
У цилиндрических фрез (рис. VI.3) различают следующие
углы: в плоскости А—Л, нормальной к режущей кромке, перед-
ний угол у и нормальный задний угол ап,
в плоскости ББ, нормальной к оси фрезы, поперечный
угол у' и задний угол а. Углами, характеризующими
160
режущую часть зуба, у цилиндрической фрезы являются у и а,
а также угол наклона зубьев со. Наибольшую роль в процессе
Рис. VI. 1. Основные виды фрезерования:
а — фрезерование цилиндрическими фрезами; б — фрезерование дисковыми фрезами;
в — фрезерование концевыми фрезами; гид — торцовое фрезерование; е — фасонное
фрезерование
резания играют передний у и задний а углы. Передний угол у
у торцовых фрез определяется в плоскости NN, перпендикуляр-
ной к проекции главной режущей кромки на осевую плоскость.
Рис. VI.2. Геометрические
параметры режущей части
торцовой фрезы с пластин-
ками из твердого сплава:
V — главный передний угол;
ап — задний угол в нормаль-
ной плоскости; а — главный
задний угол; у' — поперечный
передний угол; у" — продоль-
ный передний угол; <р — глав-
ный угол в плане; <pt — вспо-
могательный угол в плане;
X — угол наклона главной ре-
жущей кромки
5-5
Основное назначение переднего угла у — уменьшение работы
пластической деформации и работы трения по передней поверх-
161
ности и обеспечение высокой стойкости фрезы. Передний угол
выбирают в зависимости от механических свойств обрабатывае-
мого материала, а также .материала режущей части фрезы. Для
цилиндрических фрез из быстрорежущей стали оптимальная ве-
личина переднего угла выбирается в зависимости от свойств обра-
батываемого материала. Для стали средней твердости ов =
д-д
Рис. VI.3. Геометрические
параметры режущей части
цилиндрической фрезы:
V — главный передний угол;
ап — задний угол в нормальной
плоскости; а — главный задний
угол; у' — поперечный перед-
ний угол; со — угол наклона
зубьев
Рис. VI.4. Задний угол фрезы
в процессе резания
= 60 кгс/мм2 (588 МПа) передний угол у = 10 -ь 15°, для мягких
материалов (алюминиевых и магниевых) у — 25 4- 30°. При фре-
зеровании жаропрочного сплава ХН77ТЮ (ЭИ437) фрезами из
стали Р18 передний угол у = 12°.
Для практических целей (удобства заточки и изготовления
фрез) задаются поперечным (радиальным) передним углом у'
в плоскости ББ и осевым (продоль-
ным) передним углом у" в плоскости
АА, совпадающей с осью фрезы.
Для торцовых и других типов фрез
углы у' и у" связаны с углом у за-
висимостью
tgу = tgу' sincp + tgy'coscp. (VI.1)
Для цилиндрических, концевых
и дисковых фрез с винтовыми зубья-
ми для перехода от угла у' к углу у
пользуются формулой
tg у = tgу' cosco. (VI.2)
Главный задний угол а
измеряется в плоскости, перпенди-
кулярной к оси фрезы (см. рис. VI.3). Он представляет собой
угол между касательной к задней поверхности зуба и касатель-
ной к окружности вращения данной точки режущей кромки.
Задний угол обеспечивает условия беспрепятственного пере-
мещения задней поверхности зуба относительно поверхности
резания и уменьшение работы трения по задней поверхности зуба.
На основании опытов установлены следующие оптимальные зна-
чения заднего угла: для фрез из быстрорежущих сталей а — 12 4-
+ 30° (в зависимости от типа фрезы) и для торцовых твердосплав-
ных фрез а = 10 ч- 15°,
162
В процессе резания в результате сложения двух движений
(вращения фрезы и поступательного перемещения заготовки)
траекторией каждой точки режущей кромки зуба фрезы будет не
окружность, а удлиненная циклоида ОС (рис. VI.4). В связи с этим
Рис. VI.5. Углы в плане у торцовой фрезы:
а и б — без переходной кромки} в — с переходной кромкой
задний угол в процессе резания ад не равен углу а, полученному
во время заточки:
аа = а —|i,	(VI.3)
где р — угол между касательной к циклоиде и касательной к
окружности в точке С.
Подсчеты показывают, что величина |jl обычно не более Is и ею
можно пренебречь.
Кроме углов, рассмотренных выше, геометрия торцовой фрезы
характеризуется главным углом в плане <р и вспомогательным
углом срх (рис, VI,5, а — в).
163
Главный угол в плане ср — угол между проекцией
главной режущей кромки на осевую плоскость и направлением
подачи. С уменьшением главного угла в плане (при постоянной
подаче на зуб и постоянной глубине резания) толщина среза
уменьшается, а ширина увеличивается, вследствие чего стойкость
фрезы повышается. Однакб работа фрезы с малым углом ср (ср 30°)
вызывает увеличение радиальной и осевой сил резания, что при
недостаточной жесткости системы СПИД приводит к вибрациям.
Поэтому для торцовых твердосплавных фрез при высокой жест-
кости системы СПИД угол ср 309, а при нормальной жесткости
системы ср = 45 4- 60°.
Вспомогательный угол в плане срх у торцовых
фрез равен 5—10°. Чем меньше этот угол, тем ниже шерохова-
тость обработанной поверхности.
В настоящее время распространение получили торцовые фрезы
с углом ср0 = у на переходной режущей кромке /0 = 1,2 ч- 1,5 мм
(см. рис. VI.5, в); такая кромка повышает прочность зуба и стой-
кость фрезы.
§ 2. Элементы режима резания при фрезеровании
На рис. VI.6 показана схема резания при фрезеровании пло-
скости: а) цилиндрической фрезой с прямыми зубьями (рис. VI.6, а);
б) цилиндрической фрезой с винтовыми (спиральными) зубьями
(рис. VI.6, б).
Рис. VI.6. Схема работы цилиндрической фрезы:
1 — обрабатываемая поверхность; 2 — обработанная поверхность; 3 — поверх-
ность резания
Фрезерование цилиндрическими фрезами может производиться
двумя способами: а) против подачи (встречное фрезерование)
(рис. VI.7, а), когда фреза вращается против направления движе-
ния подачи, вследствие чего толщина среза увеличивается от нуля
До tfinaxJ б) по подаче или методом попутного фрезерования
164
(рис. VI.7, б), когда вращение фрезы и направление подачи сов-
падают; толщина среза уменьшается от атах До нуля.
Фрезерование характеризуется следующими элементами ре-
жима резания.
Скорость резания при фрезеровании определяется по формуле
stDn
у = 7ббо м/мин’
где D — наружный диаметр фрезы в мм; п — частота вращения
фрезы в об/мин.
Подача, При фрезеровании различают три вида подачи: минут-
ная подача sM — величина относительно перемещения фрезы и
заготовки за 1 мин (мм/мин).
Рис. VI.7. Схемы фрезеро-
вания:
а — встречного; б — попутного
Подача на один оборот фрезы $0 — величина относительного
перемещения фрезы и заготовки за один оборот фрезы:
80 = ~ ММ/об.
Подача на один зуб фрезы sz — величина относительного пере-
мещения фрезы и заготовки при повороте фрезы за оДйн угловой
шаг:
О = 12. = мм/зуб.
2 Z П2	J
На практике обычно пользуются всеми видами подач, причем
подача на зуб характеризует интенсивность нагрузки зуба, а сле-
довательно, и стойкость фрезы.
Глубина резания t (мм) при фрезеровании — величина срезае-
мого слоя металла, измеренная перпендикулярно к обработанной
поверхности (см. рис. VI.5-—VI.7).
Угол контакта фрезы ф — центральный угол, соответствую-
щий дуге соприкосновения фрезы с заготовкой. Из геометрических
соотношений (рис. VI.8, а) следует, что для цилиндрических, дис-
ковых и концевых фрез
D_t
cosi|> = -^—= 1—(VI.4)
2
165
Из формулы (VI.4) следует, что с увеличением глубины реза-
ния t утъл контакта ф растет, а с увеличением диаметра фрезы D —
уменьшается.
Толщина срезаемого слоя а — переменная величина: в момент
входа зуба в контакт с обрабатываемой заготовкой толщина среза
Рис. VI.8. Эле-
менты резания
при работе ци-
линдрической
фрезы с пря-
мыми зубьями:
а — для одного
зуба; б — для не-
скольких зубьев,
находящихся в
контакте
будет наименьшая, а при выходе зуба из контакта — наибольшая
(рис. VI.8, а и б):
0max = $z sinip,
следовательно,
#max=2$z^/r•	(VI.5)
На рис. VI.9 показана развертка цилиндрической фрезы с вин-
товыми зубьями. Одновременно в работе участвует несколько
зубьев, причем ширина и толщина среза различны как по длине
дуги контакта, так и по длине зуба. Толщина среза для фрезы
с винтовыми зубьями подсчитывается по той же формуле, что и
для прямозубой фрезы, и не зависит от угла наклона зуба со,
т, е,
а = sz sin фх.
Так как у фрезы с винтовыми зубьями положение каждого
зуба определяется двумя мгновенными углами контакта и ф2>
166
то и толщина среза соответственно в точках входа и выхода зуба
будет:
ai = sz si*1 Ф1 и а2 = sz si*1 Фг-
Ширина фрезерования В — ширина обрабатываемой поверх-
ности в направлении, параллельном оси фрезы.
Ширина среза Ь — длина соприкосновения режущей кромки
зуба с обрабатываемой заготовкой. Для прямозубой фрезы ширина
среза равна ширине фрезерования, т. е. Ъ — В (см. рис. VI.8, а);
при работе цилиндрической фрезой с винтовыми зубьями ширина
срезаемого слоя, снимаемого каж-
дым зубом, отличается от ширины
фрезерования и является для каж-
дого зуба величиной переменной.
Из рис. VI.9 следует, что в общем
случае мгновенная ширина сре-
заемого слоя
Ь =	---(Ф2 — Ф1) ММ,
360° sin со	’
где фх и ф2 - мгновенные углы
контакта при разных положениях
зуба, причем фх — угол входа,
а ф2‘ — Уг<>л выхода для данного
положения зуба.
Площадь поперечного сечения
среза /2 для одного зуба прямо-
зубой фрезы в данный момент
определяется по формуле (см.
рис. VI.8)
fz = аВ = sz sin фх мм2.
Рис. VI.9. Элементы резания при
работе цилиндрической фрезы с
винтовым зубом:
I, 2, 3 — точки контакта зубьев фрезы
с деталью
Так как мгновенный угол контакта (ipj, ф2 и т. д.) — величина
переменная, то переменной будет и площадь поперечного сечения
среза (см. рис. VI.8, б). Максимальное сечение среза для одного
зуба соответствует моменту выхода зуба из контакта, т. е.
/max = Bsz sin 1|5 = 2Bszy ~ ~ ММ2.
Зная полный угол контакта ф и число зубьев фрезы z, опреде-
лим число зубьев к прямозубой цилиндрической фрезы, одновре-
менно находящихся в работе:
=	(VI.6)
360°
где е ——-------угловой шаг фрезы в градусах (см. рис. VI.8, б).
Площадь поперечного сечения среза для нескольких одновременно
работающих зубьев. При участии в контакте нескольких зубьев
167
прямозубой фрезы (см. рис. VI.8, б) суммарная площадь попереч-
ного сечения среза
/сум = /1 + /2 + • • • + /п>
где
Д = Bsz sin /2 = Bsz sin ф21
/3 sintp3;
/n = 5s2sin%,
откуда
/cyM = 5s22Psini|)i_n мм2.
Суммарное поперечное сечение среза у цилиндрических прямо-
зубых фрез резко уменьшается во время выхода зуба из контакта
с заготовкой, поэтому работа фрезы протекает неспокойно и такие
фрезы в настоящее время не применяются. Более равномерно ра-
ботают фрезы с винтовыми зубьями, так как ширина срезаемого
Рис. VI. 10. Схема для определения
площади поперечного сечения среза
для фрез с винтовым зубом
слоя или длина соприкоснове-
ния зуба с заготовкой не остает-
ся постоянной: сначала она уве-
личивается от нуля до макси-
мального значения, а затем
уменьшается до нуля (рис. VI.9).
Кроме того, число одновременно
режущих зубьев к у фрез с вин-
товыми зубьями значительно
больше, чем у прямозубых фрез,
и зависит, кроме глубины ре-
зания, диаметра фрезы и числа
зубьев, также от ширины фре-
зерования и осевого шага фре-
зы, т. е.
д. - .4* \в
360° Ло ’
где
, tiD .
A0 = '-y~CtgCO,
или
Площадь поперечного сечения среза для фрез с винтовым зу-
бом можно определить в следующем порядке. Согласно рис. VI. 10
элементарная площадь поперечного сечения среза df = dba.
168
Из треугольника abc следует
k..
2 sin со
Обозначим t|>2 —	= i|\, тогда
ь=Ъ£х
2 sin co ’
откуда
db = -r—?— dib .
2 sin co Yx
Сечение среза, приходящегося на бесконечно малый элемент
длины зуба,
df = dba = dbsz sin фх,
или
df = ^Sz  sin фх di|)x.
J 2 sin co Tx Tx
Для нахождения сечения среза, приходящегося на весь зуб,
интегрируем последнее выражение в пределах наименьшего и наи-
большего угла зацепления, т. е.
Ф2	Ф2
f = ? -xDSz - sin фх d'lb =	sin tbx dhk.
J J 2sinco Yx Tx 2 sin co J Yx Yx
*Ф1
Окончательно получим
f = (cos ’•’i ” cos •
£л oXIl W
(VI.8)
Если в работе находятся к зубьев (см. рис. VI.8), то суммарная
площадь сечения среза
h
/сум = 2^7 2 (C0S “ C0S
1
При обработке плоскостей торцовыми фрезами (рис. VI.И),
имеющими режущие кромки, расположенные и на торце, и на ци-
линдрической поверхности, основную работу резания производят
режущие кромки на цилиндрической поверхности, режущие же
кромки, расположенные на торце, производят зачистку. Шерохо-
ватость обработанной поверхности получается меньше, чем при
фрезеровании цилиндрическими фрезами.
В зависимости от расположения оси торцовой и концевой фрез
относительно обрабатываемой поверхности различают симметрич-
ное и несимметричное торцовое фрезерование. Симметричным
(рис. VI.11, а и б) называют такое фрезерование, когда ось тор-
цовой фрезы4 расположена симметрично относительно средней
линии обрабатываемой поверхности. При несимметричном фрезе-
169
ровании ось торцовой фрезы смещена относительно средней линии
обрабатываемой поверхности (рис. VI.И, в).
Симметричное торцовое фрезерование делится на полное
(рис. VI.И, а), когда В = D и угол контакта ф = 180°, и непол-
ное (рис. VI. 11, б), когда В <z D. В последнем случае угол кон-
такта ф определяется из треугольника АОС (рис. VI.И, б):
sin| = £,	(VI.9)
откуда
2. D
arcsinjy.
Толщина срезаемого слоя при полном торцовом фрезеровании
изменяется от нуля при входе зуба в контакт до атах == ПРИ
ф == 90? (рис. VI.И, а). При неполном симметричном фрезерова-
нии (рис. VI.И, б) толщина срезаемого слоя для любого произ-
вольного положения зуба фрезы, определяемого углом фх, будет
ах = sz sin фх. Минимальная толщина срезаемого слоя для точки Л
не равна нулю; наибольшая же толщина слоя имеет место при
фх = 90°, когда amax = sz. Несимметричное торцовое фрезерова-
ние может быть осуществлено как по методу встречного, так и по
методу попутного фрезерования.
При встречном фрезеровании (рис. VI.И, в) толщина среза
изменяется, z как и при цилиндрическом встречном фрезеровании,
от нуля при входе фрезы до атах при выходе. Толщина среза для
произвольного положения зуба, определяемого углом фх,
ax = sz sin фх.
170
При попутном несимметричном торцовом фрезеровании, т. е.
при вращении фрезы, обратном вращению, показанному на
рис. VI.И, в, толщина среза будет изменяться от атах на входе до
а == 0 при выходе фрезы.
При несимметричном фрезеровании труднообрабатываемых ма-
териалов (например, жаропрочных сплавов) твердосплавной тор-
цовой фрезой целесообразно вести обработку по методу попутного
фрезерования, при котором толщина среза на выходе фрезы будет
минимальной.
При торцовом фрезеровании для определения сечения срезае-
мого слоя примем в соответствии с определениями, данными для
ределения длины врезания:
а — при работе цилиндрической
фрезой; б — при симметричном
торцовом фрезеровании; в —при
несимметричном торцовом фре-
зеровании; 1 — начальное по-
ложение фрезы; II — положе-
ние фрезы на выходе детали
работы цилиндрических фрез, следующие обозначения (см.
рис. VI.5 и VI.11): 1) глубина резания t в мм — величина слоя
металла, снимаемого фрезой; 2) ширина фрезерования В в мм —
ширина обрабатываемой поверхности; 3) ширина среза Ь, при ра-
боте торцовой фрезы (см. рис. VI.5, б); ширину среза можно под-
считать по формуле
sin ф cos Л ’
если ср = 90? и % = 0, то Ъ = В\ 4) толщина среза а для торцовой
фрезы изменяется в зависимости от угла контакта фрезы с заготов-
кой и угла в плане ср.
При симметричном торцовом фрезеровании (см. рис. VI.И, а)
для произвольного положения зуба, определенного углом фх,
толщина среза
ax = sz sint|)x.
171
При фх = 90? толщина среза имеет наибольшее значение, т. е.
^max = sz*
Если учесть наличие угла в плане ср у торцовой фрезы с угло-
вой режущей кромкой, то толщина среза (см. рис. VI.5, б) будет
a~sz sin sin ср.
Если при ср = 909 (см. рис. VI.И, а) максимальная толщина
среза атах = sz> то ПРИ Угле Ф-< 90s (см. рис. VI.5, а)
#max = sz sin ф*
Основное технологическое (машинное) время. Основное тех-
нологическое время при фрезеровании (за один проход) опреде-
ляют по следующей формуле (рис. VI.12):
т°=г = 1±г£к’	(VI.10)
*м szzn
где L — общая длина относительного перемещения фрезы и за-
готовки из положения I в положение II в мм; I —*длина обрабо-
танной поверхности в мм; — путь врезания фрезы в мм; 12 —
перебег фрезы (1—5 мм).
Путь врезания при обработке плоскости цилиндрической фре-
зой (рис. VI.12, а)
11 = У t(D — t) мм.
Путь врезания при обработке торцовой фрезой:
а)	при симметричном фрезеровании (рис. VI.12, б)
Z1 = 0,5(Z)-/Z)2-52) мм;
б)	при несимметричном фрезеровании (рис. VI.12, в)
1г~У В (D — В) мм.
§ 3. Особенности процесса резания при фрезеровании
Фрезерование во многом аналогично рассмотренным ранее
способам обработки металлов. Деформация металла при снятии
стружки, явление нароста, тепловыделение, износ зубьев фрезы и
другие явления сопутствуют процессу фрезерования, как и ранее
рассмотренным процессам. Однако фрезерование имеет свои осо-
бенности: 1) за один оборот зуб фрезы находится в контакте с ме-
таллом малое время (сотые и тысячные доли секунды); 2) процесс
врезания зуба в металл заготовки является периодическим про-
цессом, сопровождающимся ударами, что может вызывать повы-
шенный износ и выкрашивание режущей кромки, а также созда-
вать неблагоприятные условия для работы станка; 3) вследствие
наличия радиуса округления режущей кромки зуба фрезы (р =
= 0,015 4- 0,03 мм) врезание совершается не с нулевой толщины
срезаемого слоя, и зуб скользит по некоторой дуге КМ, не снимая
172
стружки (см. рис. VI.8, 6) внедрение зуба в металл происходит
лишь при толщине среза, большей 0,5 р; 4) сечение среза при фре-
зеровании — величина переменная, у фрез с прямым зубом пере-
менной является толщина среза (см. рис. VI.8, б); у фрез с ринто-
вым зубом переменны как толщина среза, так и длина контакта
режущей кромки с заготовкой, т. е. ширина среза (см. рис. VI.9);
5) при фрезеровании в работе находится неодинаковое (непосто-
янное) число зубьев; чем больше зубьев находится одновременно
в работе, тем спокойнее протекает процесс фрезерования; 6) при
определенных условиях происходит равномерное фрезерование,
Рис. VI. 13. К расчету условия
равномерного фрезерования:
а — схема расположения зубьев 1, 2 и
3 при равномерном фрезеровании;
б — развертка шага винтовой канавки
фрезы

при котором площадь поперечного сечения среза остается постоян-
ной в течение всего времени обработки. Это способствует удли-
нению срока службы инструмента и станка, снижению шерохова-
тости обработанной поверхности.
Равномерное фрезерование достигается только при работе
фрезой с винтовым зубом. В этом случае должно быть выполнено
условие равномерного фрезерования, которое выражается в том,
что ширина фрезерования (рис. VI.13) должна быть равна или
кратна осевому шагу, т. е.
В = к/г0,
где к — целое число; hQ — осевой шаг зубьев фрезы в мм.
Из Д аЪс (рис. VI.13) находим
/z0 = /actgco,
где h — шаг по окружности в мм,
т т	т TIjD
Но так как h=---------. то
z ’
т nD .
п0 = —Ctg CD.
173
Шаг винтовой канавки фрезы
Н — ttZJctgco.
Следовательно,
i Я D 7 #
/2О — — и В — к —.
° z	Z
Окончательно условие равномерного фрезерования
(VI.И)
или
Bz
SlD ctg CD
7) при фрезеровании против подачи (см. рис. VI.7, а) нагрузка
на зуб увеличивается постепенно: зуб работает «из-под корки»,
т. е. подходит к твердому поверхностному слою снизу и как бы
«выламывает» его. Но при этом сила, действующая на заготовку,
стремится оторвать ее от стола, что увеличивает зазоры между
столом и станиной, усиливает вибрации. Большим недостатком
является наличие скольжения зуба по" наклепанному слою в на-
чальный момент, что вызывает большое трение и ведет к ускорен-
ному износу фрезы.
При фрезеровании по подаче (см. рис. VI.7, б) зуб фрезы начи-
нает работать с наибольшей толщиной среза и сразу подвергается
максимальной нагрузке. Поэтому такой способ не рекомендуется
применять при фрезеровании заготовок с коркой. Если на поверх-
ности заготовки нет твердой и загрязненной «корки», то фрезеро-
вание по подаче имеет преимущества: а) увеличивается (примерно
в 2—3 раза) стойкость инструмента, так как меньше скольжение
зуба и уменьшается общее трение по задней поверхности; б) сни-
жается шероховатость (примерно на один класс) и точность обра-
ботанной поверхности, так как заготовка прижимается к столу,
а стол к направляющим станины (уменьшаются вибрации); в) сни-
жается мощность, затрачиваемая на резание. Однако обработку
методом попутного фрезерования можно производить лишь на
станках с повышенной жесткостью в направлении подачи, имею-
щих устройства для регулирования осевого зазора между винтом
и гайкой в пределах 0,1—0,15 мм.
§ 4. Сила резания и мощность при фрезеровании
Для осуществления процесса резания к фрезе необходимо
приложить силу 7?!, преодолевающую сопротивление обрабатывае-
мого материала. Эту силу можно разложить на окружную
силу Р, касательную к траектории движения точки режущей
кромки, и радиальную Рг, направленную по радиусу
(рис. VI.14, а). Силу Rx можно также разложить и на г о р и-
174
зонтальную Рн и вертикальную Pv составляющие.
У фрез с винтовыми зубьями в осевом направлении действует еще
осевая сила Ро (рис. VI.14, б). Из схемы следует, что Ро = Р tg со.
Однакр согласно исследованиям проф. А. М. Розенберга у фрез
с винтовыми зубьями, помимо нормальной силы Рдг, вдоль зуба
действует еще сила трения Т (рис. VI.14, в), производящая допол-
Рис. VI. 14. Силы резания при работе цилиндрической
фрезой
нительное осаживание стружки по направлению зуба фрезы.
Равнодействующая Р' сил PN и Z, будучи разложена на танген-
циальную и осевую силы, образует с направлением силы Р угол ц
меньше угла со, вследствие чего Ро = Р tg ц. Величину tg ц можно
принять равной 0,28 tg со, а потому
Ро = 0,28Р tg со.
Отсюда следует, что чем больше угол со, тем больше величина
силы Ро. Когда сила Ро достигает очень больших величин, при-
меняют фрезы с разным направлением
наклона зубьев (рис. VI.15). В этом
случае осевые силы направлены в
разные стороны и уравновешивают
друг друга.
Наиболее важной является о к -
ружная сила Р. По этой силе
подсчитывают крутящий момент на
шпинделе и эффективную мощность
Ne, а также производят расчет на
прочность механизмов главного дви-
Рис. VI.15. Набор фрез с раз-
ноименным направлением вин-
товой канавки
жения.
Осевая сила Ро = (0,35 ч- 0,55) Р действует на под-
шипники шпинделя станка, на крепление заготовки и элементы
механизма подачи станка.
Радиальная сила Рг = (0,6 ч- 0,8) Р действует на
опоры шпинделя станка, создает дополнительный момент трения и
изгибает оправку, на которой крепится фреза.
Горизонтальная составляющая Рн нагру-
жает механизм подачи станка и элементы крепления заготовки.
175
При встречном фрезеровании Рн = (1,0 4- 1,2) Р, а при попутном
фрезеровании Рн = (0,3 4- 0,9) Р.
Окружную силу, действующую на зуб фрезы с прямыми зубья-
ми, определяют по формуле
P = pf кг (Н),	(VI.12)
где р — удельная сила в кгс/мм2 (Н/мм2); fz — площадь попереч-
ного сечения среза, соответствующего данному положению зуба,
в мм2.
Удельная сила
р==Сат>,
где С — коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала,
геометрии и материала фрезы и условий резания; а — толщина
среза в мм; пг1 —0,3 — величина, зависящая от обрабатывае-
мого материала, степени затупления фрезы и смазочно-охлаждаю-
щей среды.
Площадь поперечного сечения среза для цилиндрической фрезы
с прямыми зубьями
— szB sin
Подставляя в формулу (VI.12) значения р и /z, получим
Р = Cs\+m'B sin1ilx,.
Z	T A
Если в работе находится одновременно несколько зубьев, то
силы, действующие на отдельные зубья, суммируются, т. е.
i
Р07м = CBs'+m> 2] sin‘+«*(VI. 13)
1
Для подсчета средней окружной силы сущест-
вует экспериментальная формула:
PCp = Cp5s№zZ)_9p кгс (Н).	(VI.14)
Значения коэффициентов и показателей степеней приведены
в справочниках по режимам резания. Например, при фрезеровании
стали с ав = 75 кгс/мм2 (736 МПа) цилиндрическими и концевыми
фрезами
pcp = CptQ^Bzs^2D^ кгс (Н).
Для подсчета средней окружной силы при торцовом фрезеро-
вании жаропрочных сплавов ЭИ826 и ЭИ827 применяют формулу
PCp = 2,4^W9Bz кгсДН).
Формула справедлива при работе торцовой фрезой D = 90 мм
и износом по задней поверхности h3 = 0,15 4- 0,2 мм в диапазоне
режимов резания v = 3 4- 15 м/мин, sz = 0,07 4- 0,3 мм/зуб,
t = 1 4- 3 мм.
176
Из формулы (VI.14) следует, что с увеличением В, sz, t и z
средняя окружная сила РСр увеличивается, а с увеличением D
уменьшается. Увеличение силы Р с увеличением В, sz, t из объяс-
няется тем, что с увеличением этих параметров возрастает число
зубьев, одновременно находящихся в работе, и суммарная площадь
поперечного сечения среза. К увеличению силы Рср приводит
также увеличение отрицательного переднего угла, увеличение
износа фрезы Д3, прочности обрабатываемого материала, так как
при этих условиях увеличивается работа деформации и трения.
Уменьшение силы РСр с увеличением диаметра фрезы объяс-
няется тем, что при больших D одновременно в работе будет нахо-
диться меньшее число зубьев, а также будет уменьшаться толщина
среза и площадь поперечного сечения среза. Например, при уве-
личении D со 100 до 150 мм сила Рср уменьшится примерно на
35—40%. К уменьшению средней окружной силы Рср приводит
также и увеличение угла в плане в- диапазоне ср = 30 -ь 60°
у торцовых фрез (увеличивается при этом толщина среза).
Характер изменения силы Рср при фрезеровании с изменением
скорости резания зависит от тех же факторов, что и при точении.
Исследования показывают, что до скорости резания v = 50 -ь
-т- 75 м/мин для стали ЗОХГСА (ав = 80 кгс/мм2 или 785 МПа)
сила Рср увеличивается, а затем уменьшается. Наиболее интенсив-
ное уменьшение средней окружной силы с увеличением v наблю-
дается у фрез с отрицательными передними углами.
Зная среднюю окружную силу и скорость резания, можно
определить мощность, затрачиваемую на фрезерование:
Ve"“ 60’.102 Т’
Например, для подсчета мощности при фрезеровании цилинд-
рическими, концевыми и дисковыми быстрорежущими фрезами
(Р18) заготовок из стали (ав = 75 кгс/мм2 или 736 МПа), ковкого
чугуна НВ 150 кгс/мм2 (1470 МПа) и бронзы Бр. АЖ9-4 (НВ 100—
140 кгс/мм2 или 981—1370 МПа) принимают следующую обобщен-
ную формулу:
Ne = CHO-WW^Bzn кВт,	(VI.15)
где Слг — коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала;
для стали ав = 75 кгс/мм2 (736 МПа) CN = 3,5; для ковкого чу-
гуна Cn = 1,54 и для бронзы Cn = 1,155.
§ 5. Износ фрез
В зависимости от условий фрезерования износ зубьев фрезы
происходит или только по задней поверхности (рис. VI.16, а),
или одновременно по задней и передней поверхностям
(рис. VI.16, б). При обработке стальных заготовок цилиндриче-
ские, концевые, дисковые, фасонные и прорезные фрезы, снимаю-
177
щие тонкие стружки, изнашиваются в основном по задней поверх-
ности зуба, при обработке чугуна зубья фрезы изнашиваются по
задним поверхностям.
Некоторые особенности имеет износ твердосплавных торцовых
фрез при работе с большими скоростями. В этих случаях фрезы
выходят из строя не только в результате затупления, но и из-за
Рис. VI.16. Схема износа зубьев ци-
линдрической фрезы:
а — по задней поверхности; б — по задней
и передней поверхностям
Рис. VI. 17. Схема износа зубьев
торцовой фрезы:
а — по задней поверхности; б — по задней
и передней поверхностям
выкрашивания, которое происходит вследствие образования тре-
щин в пластинках в процессе их напаивания или заточки. Вибра-
ции и удары, возникающие при работе фрезы, также способствуют
увеличению трещин и разрушению пластинок. На^рис. VI.17 пока-
заны типичные схемы износа зубьев торцовых твердосплавных фрез.
При обработке стали с толщиной среза а <; 0,1 мм торцовые
фрезы изнашиваются по задней поверхности (рис. VI.17, а), а
Рис. VI. 18. Кривые износа
зубьев фрезы
с толщиной среза а > 0,1 мм — по
задней и передней поверхностям
(рис. VI.17, б). В последнем случае
на задней поверхности образуется
ленточка износа с задним углом,
равным нулю, а на передней поверх-
ности — лунка на расстоянии / =
= 0,1 ч- 0,15 мм от режущей кромки.
Особенностью износа фрез при
обработке титановых и жаропрочных
материалов является образование
лунки на передней поверхности у ре-
жущей кромки. Лунка опускается и на заднюю поверхность,
в связи с чем, фактический передний угол становится отрицатель-
ным. Экспериментально установлено, что износ фрез (как и дру-
гих режущих инструментов) происходит по некоторой типичной
кривой зависимости h3 = / (71) (рис. VI.18).
На рис. VI.18 показаны три типа кривых износа: I — износ
при небольших скоростях резания; II — износ при обычных при-
меняемых на практике скоростях резания; III — износ при очень
больших скоростях резания. Степень и характер износа зависят
178
от условий фрезерования, от элементов режима резания, качества
обрабатываемого материала и материала фрезы, геометрии фрезы.
Точка Б на кривой II, являющаяся началом катастрофического
разрушения зубьев фрезы, и определяет оптимальный износ.
Когда величина износа связана с шероховатостью и точно-
стью изготовления деталей, за критерий износа принимают тех-
нологический критерий. Величина технологического критерия
износа зависит от качества обрабатываемого материала, типа фрезы
и жесткости системы СПИД. Этот критерий выражается обычно
определенной величиной износа по задней поверхности.
§ 6. Режимы резания при фрезеровании
и стойкость фрез
Скорость резания, допускаемая фрезой, зависит от свойств
обрабатываемого материала и материала режущей части фрезы, от
элементов режима резания, конструкции и геометрии режущей
части фрезы.
Общая структурная формула скорости резания при фрезеро-
вании имеет вид
CvDqvK^K^K^KB ,	/WT л
v=z —г П м/мин,	VI.16)
TmS*vtyvB VZ v
где Cv — коэффициент, характеризующий условия обработки
(обрабатываемый металл, материал режущей части фрезы, охла-
ждение); Ки — коэффициент, учитывающий влияние качества
материала режущего инструменту; Км — коэффициент, учитываю-
щий влияние качества обрабатываемого материала; Кв — коэф-
фициент, учитывающий состояние поверхностного слоя, обрабаты-
ваемой заготовки (окалина, корка); Ку — коэффициент, учиты-
вающий влияние угла в плане; Т — стойкость фрезы в мин.
Значения показателей xv, yv, rv, nv, qv, m и коэффициентов Cv,
Ки, Км, Кв и Ку определяются опытным путем и обычно приво-
дятся в справочниках по режимам резания.
Рассмотрим влияние основных факторов на скорость резания
при фрезеровании.
Влияние подачи sz и глубины резания t. При увеличении sz
растет толщина среза, работа деформации и трение, что приводит
к снижению стойкости и допускаемой скорости резания. С увели-
чением глубины резания увеличивается угол контакта и соответ-
ственно количество зубьев фрезы, находящихся одновременно
в работе, и количество выделяющегося тепла.
Влияние диаметра D и числа зубьев фрезы z. При увеличении D
уменьшается толщина среза и снижается нагрузка на режущую
кромку фрезы. Изменяются также длина дуги контакта, шаг
зубьев и масса фрезы. С уменьшением z также увеличивается
масса каждого зуба; все это приводит к лучшему теплоотводу и
увеличению стойкости фрезы и к повышению скорости резания.
179
Влияние ширины фрезерования В, При увеличении В растет
количество зубьев, участвующих в работе, возрастают суммарная
площадь поперечного сечения среза, работа резания и тепловыде-
ление. Поэтому растет износ фрезы и снижается допускаемая ско-
рость резания.
Влияние материала фрезы. Материал фрезы оказывает сущест-
венное влияние на допускаемую скорость резания. Если, например,
для твердого сплава Т15К6 при обработке стали с ов — 75 кгс/мм2
(736 МПа) допускаемую скорость резания принять за единицу,
т. е. КИ = 1, то для сплава В Кб КИ — 1,26.
Рекомендуемые периоды стойкости для цилиндрических фрез
из быстрорежущей стали: Т = 120 4- 180 мин, а для цилиндриче-
ских твердосплавных фрез Т — 180 мин, для торцовых фрез из
быстрорежущей стали Т = 120 4- 240 мин, для торцовых твердо-
сплавных фрез Т = 120 4- 420 мин.
В качестве примера рассмотрим формулу скорости резания для
цилиндрических фрез из быстрорежущей стали Р18:
а)	при фрезеровании углеродистой стали [о'в = 75 кгс/ммя
(736 МПа)] с охлаждением при подаче sz > 0,1 мм/зуб
_	35,41)0,45
V~ j»0,33$0,4^0,3^0,1^0,1 м/мин;
б)	при фрезеровании заготовок из титанового сплава ВТЗ-1
с охлаждением при подаче sz > 0,1 мм/зуб
11,81)0,4
V ~~ r0,15s0,4t0,3B0,lz0,12 м/мин;
в)	при фрезеровании жаропрочного сплава [аь == 135 кгс/мм2
(1325 МПа)] концевой фрезой с углом со = 459
1,71)0,47
^0,24^0,6^0,28^0,38 м/мин-
При фрезеровании жаропрочных и титановых сплавов необхо-
димо применять СОЖ.
Глубину резания выбирают в зависимости от припуска на обра-
ботку, мощности и жесткости станка. Припуск выгодно всегда
снимать за один проход, если это позволяет мощность станка *.
Если требуется высокая точность обработки, то фрезерование
ведут в два прохода (черновой и чистовой). При чистовом проходе
глубину резания принимают в пределах 0,75—2 мм.
Если мощность станка не позволяет обрабатывать деталь за
один проход обычной фрезой, пользуются торцовыми фрезами со
ступенчатым расположением зубьев (рис. VI.19). У такой фрезы
вершины зубьев смещены в осевом направлении, а режущие
♦ На мощных фрезерных станках при работе торцовыми фрезами глу-
бина резания может аостигать 25 мм. Обычно глубина резания составляет
2—6 мм.
180
Рис. VI. 19. Схема сме-
щения зубьев ступен-
чатой торцовой фрезы
в осевом и радиальном
направлениях
кромки сдвинуты в радиальном направлении на величину, не-
сколько большую, чем подача на зуб. Подобные фрезы при не-
большой глубине фрезерования позволяют
на зуб.
Подача. Чтобы уменьшить машинное
время на фрезерование, применяют макси-
мально возможную подачу на зуб фрезы sz.
Определение этой подачи производится в
зависимости от шероховатости обработан-
ной поверхности, прочности обрабатывае-
мого материала, прочности зуба фрезы,
жесткости системы СПИД. При назна-
чении максимальной технически допусти-
мой подачи пользуются нормативами.
Скорость резания. Соответственно вы-
бранной подаче sz и периоду стойкости
по нормативам, или по формуле (VI. 16)
определяют скорость резания. По найден-
ной скорости резания подсчитывают частоту вращения п, которую
корректируют по паспорту станка, и подсчитывают действитель-
ную скорость резания:
рд=Чооо м/мин-
Минутную подачу определяют по формуле
szznK мм/мин;
ее также корректируют по паспорту станка, после чего опреде-
ляют действительную подачу на зуб фрезы:
В заключение подсчитывают эффективную мощность Ne и
сопоставляют с полезной мощностью станка JVCT = NQAx\. Если
окажется, что Ne > 7VCT, то необходимо соответственно понизить
скорость резания, обеспечив условие Ne NCT. После этого под-
считывают машинное время по формуле (VI. 10).
§ 7. Типы фрез
По назначению и характеру выполняемых операций различают
следующие типы фрез: цилиндрические (см. рис. VI.23),
торцовые (см. рис. VI.26), дисковые (см. рис. VI.31),
концевые (рис. VI.28), угловые (см. рис. VI.33), шпо-
ночные (см. рис. VI.30), фасонные (см. рис. VI.35).
По форме режущих зубьев фрезы делят на две основные группы:
фрезы с остроконечными и затылованными зубьями.
У фрез с остроконечными зубьями передняя и задняя поверх-
ности имеют плоскую форму (рис. VI.20, а). К группе фрез с остро-
181
конечной формой зубьев относятся цилиндрические, торцовые,
дисковые и др. У фрез с затылованными зубьями передняя поверх-
ность плоская, а задняя имеет форму архимедовой спирали
(рис. VI.20, б). Особенностью затылованных фрез является то,
что при переточках по передней поверхности они сохраняют по-
стоянство профиля режущей кромки в радиальном сечении. Важ-
ными элементами, определяющими форму зуба затылованных
фрез, являются высота зуба
HQ и величина затылования к.
Высота зуба определяется
из выражения
HQ = k + h + r, (VI.17)
где к — величина затылова-
ния; h — высота рабочего
профиля; г — радиус закруг-
ления канавки.
Величина затылования
определяется из треугольни-
ка abc:
* = —tga, (VI.18)
спирали Архимеда	z
где D — диаметр фрезы; z —- число зубьев фрезы; а — задний угол
на вершине зуба.
Уравнение архимедовой спирали в полярных координатах имеет
следующий вид:
р = 5ср,
где В — постоянный коэффициент; ср — текущий полярный угол
в рад.
Архимедова спираль получается в результате двух равномер-
ных движений — поступательного и вращательного. Главное ее
достоинство — простота изготовления кулачков, с помощью кото-
рых производится затылование. Архимедова спираль практически
обеспечивает постоянство заднего угла по всей ее длине; теоретиче-
ски этого постоянства нет, но отклонение мало и практического
значения не имеет.
Затылование фрез производят на специальных затыловочных
станках затыловочными резцами. У фасонных затылованных фрез
следует различать задние углы для периферийной части режущей
кромки на вершине зуба (угол а) и для ее боковой профильной части
(угол аб). Углы а и ао (рис. VI.21) связаны между собой соотно-
шением
tga6 = tg а-^ф sin ср,	(VI. 19)
где Лф — наружный диаметр фрезы; Dx — диаметр фрезы в рас-
сматриваемой точке.
182
Минимально допустимый для боковой режущей кромки зад-
ний угол осб = 3 ч- 49. В ряде случаев режущие зубья фасонной
фрезы подвергают двойному затылованию (рис. VI.22). Это делается
тогда, когда зубья термически обработанной фрезы требуется
подвергнуть шлифованию по задней поверхности (например, у зу-
борезных и резьбонарезных фрез); при этом необходимо обеспечить
свободный выход шлифовального круга, что и достигается двойным
затылованием. Одна часть поверхности зубьев ab затыловывается
с падением затылка на величину /с, а другая Ьс — с падением за-
тылка на величину кг\ обычно кг = (1,2 4- 1,5) к.
Двойное затылование достигается применением двух кулачков
с величиной затылования к и кг.
Рис. VI.21. Задние углы для бо- Рис. VI.22. Двойное затыло-
ковой режущей кромки затыло-	вание зуба фрезы
ванной фрезы
Цилиндрические фрезы применяют для обработки плоских по-
верхностей; изготовляют их с остроконечной формой зубьев
(рис. VI.23). Применение цилиндрической фрезы с винтовыми
зубьями позволяет осуществить равномерное фрезерование (см.
§ 3). Основными элементами конструкции фрез являются: диа-
метр Z), ширина L и диаметр отверстия под оправку d.
Обдирочные цилиндрические фрезы имеют D = 60 4- 150 мм,
z = 8 4- 14 и о = 309. Чистовые цилиндрические фрезы имеют
D — 40 4- 110 мм; z = 12 4- 22 и со = 20°.
Цилиндрические сдвоенные фрезы (см. рис. VI.15) применяют
для высокопроизводительной черновой обработки. Винтовые режу-
щие зубья у них имеют разное направление наклона на обеих поло-
винах, что позволяет уравновесить осевые силы Ро, действующие
на фрезу в процессе резания. Число зубьев сдвоенной цилиндри-
ческой фрезы не более 5—6, а угол со = 459.
Цилиндрические фрезы со вставными ножами (сборной конст-
рукции) имеют D = 75 4- 200 мм. Корпус фрезы делается из стали
40Х; а вставные ножи — из быстрорежущей стали (рис. VI.24).
183
Рифленые ножи закрепляют затяжкой в клиновых рифленых
пазах, наклоненных к оси фрезы под углом со = 20 -ь 45°.
Применяют также сборные цилиндрические фрезы с впаян-
ными в корпус пластинками из твердого сплава. Ца рис. VI.25
показана форма пластинок,
конструкция и геометрия
твердосплавной фрезы.
Рис. VI.23. Цилиндрическая фре-	Рис. VI.24. Сборная цилиндрическая
за с мелким зубом	фреза со вставными быстрорежущи-
ми ножами
Торцовые фрезы. Основными типами торцовых фрез, предназна-
ченных для обработки плоских поверхностей, являются фрезерные
Рис. VL25. Сборная цилиндрическая фреза с напаянными пластин-
ками из твердого сплава
торцовые головки со вставными ножами. Фрезы насаживаются на
оправку, закрепляемую в шпинделе станка при помощи затяж-
ного болта.
184
Фрезерные торцовые головки диаметром от 75 до 225 мм изго-
товляют со вставными ножами из быстрорежущей стали или осна-
щают пластинками из твердого сплава (рис. VI.26). К твердосплав-
ным торцовым фрезам, работающим с высокими скоростями реза-
ния, предъявляются повышенные требования к жесткости и проч-
ности крепления зубьев в корпусе, а также к надежности крепле-
ния самих фрез на станке. Геометрические параметры торцовых
твердосплавных фрез выбирают в зависимости от обрабатываемого
материала.
. крепление вставных ножей осуществляется различными спо-
собами, но наиболее надежным и рациональным и наиболее
распространенным является
лений и клиньев, показан-
ное на рис. VI.26. Вставной
нож а на нижней своей по-
верхности имеет рифления,
такие же рифления имеются
в гнезде корпуса фрезы б.
Клин в закрепляет нож а
при помощи двух болтов г.
В настоящее время при-
меняют торцовые фрезы с ме-
ханическим креплением ме-
талло- и минералокерамиче-
ских вставных ножей много-
гранной формы (рис. VI.27).
Достоинство таких конструк-
ций — простота смены но-
жей, а также высокая про-
крепление при помощи риф-
Рис. VI.26. Конструкции торцовой фре-
зерной головки со вставными твердо-
сплавными ножами
изводительность.
Торцовые фрезы с многогранными пластинками из твердого
сплава конструктивно оформляются различно. На рис. VI.27
показана фреза с' регулируемыми ножами, оснащенными много-
гранными пластинками. Настроенные на размер в специальном
приспособлении ножи 1 установлены в корпусе 2 фрезы и закреп-
лены цилиндрическими клиньями 3 с лысками при помощи вин-
тов 4, проходящих через кольцо 5 и перемещающих клинья в осе-
вом направлении. Корпус фрезы имеет с обоих торцов кольцевые
выточки, меньшие цилиндрические поверхности которых исполь-
зуются как базы для установки ножей, кольцо 5 фиксирует поло-
жение ножа в осевом направлении. Отдельные ножи или весь
комплект их можно заменить непосредственно на станке, при этом
затрата времени на замену 10—12 ножей не превышает 5—6 мин.
В собранном виде обеспечивается достаточно высокая точность
фрезы: биение по главным режущим кромкам двух смежных но-
жей не превышает 0,03—0,05 мм, а двух противоположных —
0,06—0,1 мм; торцовое биение 0,06—0,08 мм. Фрезы допускают
скорость резания при обработке сталей от 235 до 750 м/мин в за-
185
2	5
Рис. VI.27. Торцовые фрезерные головки
с регулируемыми ножами, оснащенные
многогранными пластинками
висимости от выбранных подачи числа зубьев фрезы z и диа-
метра D.
Концевые фрезы находят широкое применение на вертикально-
фрезерных станках на операциях прорезки пазов, на копировально-
фрезерных станках при обработке сложных наружных и внутрен-
них контуров по копиру, а также на вертикально-фрезерных стан-
ках с программным управлением при обработке объемных поверх-
ностей. Типовая конструкция концевой' фрезы показана на
рис. VI.28, а. Фреза со-
стоит из рабочей части,
шейки и хвостовика. Зуб
фрезы имеет три режущие
кромки: главную 1 на ци-
линдрической части, вспо-
могательную 2 на торцо-
вой части и переходную /0
между главной и вспомога-
тельной режущими кром-
ками. Переходная режу-
щая кромка/0 делается для
упрочнения вершины зуба
фрезы. Зубья на цилиндри-
ческой части фрезы имеют
винтовую форму с углом
подъема со = 30 4- 45°.
Выпускают два типа кон-
цевых фрез: 1) с нормаль-
ным зубом; число зубьев
определяется из выраже-
ния 3 = 1^2), а угол со =
= 30°; 2) с крупным зу-
бом с числом z = 0,6 У D и
со = 45°. Концевые фрезы
бывают с цилиндрическим хвостовиком D = 3 4- 10 мм и
I = 20 4- 45 мм и с коническим хвостовиком D = 14 4- 50 мм и
Z = 32 4- 70 мм. Для устранения вибраций в процессе резания
зубья у фрез расположены по окружности с неравномерным шагом:
например, для трехзубой фрезы сох = 110°; со2 = 1239 и со3 =
= 127е. Фрезы изготовляются из высококачественных быстроре-
жущих сталей.
Наряду с быстрорежущими фрезами имеют распространение
также и твердосплавные концевые фрезы, конструкция и геомет-
рия которых показаны на рис. VI.29. Одна из них (рис. VI.29, а)
имеет впаянные пластинки из твердого сплава, вторая
(рис. VI.29, б) состоит из двух частей — хвостовика и припаянной
к нему цельной рабочей части твердого сплава, так называемой
коронки. Твердосплавные концевые фрезы с впаянными пла-
186
стинками изготовляют с числом зубьев z — 6 ч- 8 для D = 12 ч-
ч- 15 мм, а с твердосплавными коронками — с числом зубьев
z == 6 для D = 6 ч- 10 мм.
Рис. VI.29. Концевые твердосплавные фрезы:
а — со впаянными пластинками из твердого сплава’ б — с напаянной
твердосплавной коронкой
Шпоночная фреза (рис. VI.30) представляет собой разновид-
ность концевой фрезы, которая имеет всего два винтовых зуба
на цилиндрической части и два торцовых зуба. В момент вреза-
187
ния фрезы на глубину шпоночной канавки (подача вдоль оси фрезы)
главными режущими зубьями являются торцовые, а для осуще-
ствления подачи вдоль оси детали — цилиндрические зубья.
Дисковые фрезы применяют для прорезки пазов, канавок и
для р'азрезки металла. Различают следующие типы дисковых
фрез: 1) трехсторонние — с режущими кромками на обоих тор-
цах и на цилиндрической части; 2) двусторонние — с режущими
кромками на одном из торцов и на цилиндрической части; 3) одно-
сторонние — с режущими	У	R
Рис. VI.31. Дисковые фрезы:
а — трехсторонняя с прямыми зубьями;
б — трехсторонняя с разнонаправленными
зубьями
Рис. VI.30.	Шпоночная
фреза
Трехсторонняя дисковая фреза с зубьями, расположенными
параллельно оси (рис. VI.31, а), называется прямозубой, а с зу-
бьями, расположенными наклонно к оси и направленными в раз-
ные стороны (влево и вправо), — фрезой с разнонаправленными
зубьями (рис. VI.31, б). Для обработки стальных деталей приме-
няют трехсторонние фрезы с D = 60 4- 100 мм и z = 16 4- 22.
Переходную фаску между цилиндрической и торцовой режущими
кромками делают / = 0,3 4- 0,5 мм. Ширина фрезы В соответст-
вует ширине прорезаемых канавок и пазов; при переточке размер
по ширине уменьшается.
Двусторонняя дисковая фреза имеет на цилиндрической части
винтовые зубья.
Односторонняя дисковая фреза является прямозубой. Во избе-
жание трения фрезы о стенки прорезаемой канавки боковые ее
стороны (торцы) шлифуют с углом epi = 0930'. Односторонняя
дисковая фреза шириной 5 < 5 мм используется как шлицевая
или прорезная. Односторонние дисковые фрезы изготовляются
188
с большим числом зубьев (например, для фрезы с D = 75 мм
z == 80). Затачивают зубья с углами у = 4 ч- 6° иа = 30 -ь 40°.
Дисковые фрезы цельной конструкции всех типов изготовляют из
инструментальных легированных и быстрорежущих сталей.
Дисковая трехсторонняя фреза со вставными ножами показана
на рис. VI.32. Вставные ножи закрепляют в корпусе фрезы при
помощи рифлений, что позволяет регулировать размер фрезы по
ширине. Такие фрезы имеют D = 65 4- 175 мм и z = 12 ч- 16.
Для скоростного фрезерования применяют дисковые фрезы,
оснащенные пластинками из -твердых сплавов. Например, для
Рис. VI.32. Трехсторонняя дисковая фреза с пластинками из твердого Сплава
обработки стальных деталей о,в = 80 4- 170 кгс/мм2 (0,78—
1,57 ГПА) фрезы оснащают пластинками из твердого, сплава
Т15К6. На передней поверхности зубьев фрезы затачивают фаску
(шириной до 1,5 мм) с отрицательным передним углом, равным
—5 ч----15s. Делается это для механического упрочнения режущей
кромки.
Угловые фрезы применяют для прорезки канавок с угловым
профилем. Большое применение угловые фрезы получили в инстру-
ментальном производстве при прорезке канавок у фрез, развер-
ток, зенкеров и других инструментов. Различают два типа угловых
фрез: одноугловые (рис. VI.33) и двухугловые (рис. VI.34). У одно-
угловой фрезы наклон главной режущей кромки характеризуется
углом ср; у двухугловой фрезы — углами ср и 6. Передний и зад-
ний углы угловых фрез рассматриваются в плоскостях Nr — N±
и N2 — N2. На рис. VI.33 приведена конструкция одно угловой
фрезы с впаянными пластинками из твердого сплава; корпус фрезы
изготовляют из конструкционной стали 40Х.
189
Рис. VI.34. Двухугловая фреза
Рис. VI.33. Одноугловая фреза
с впаянными пластинками из
твердого сплава
Рис. VI.35. Фасонные фрезы:
а — с выпуклым профилем; б — с вогнутым профилем
Схему расположения зубьев
04-0,5
РиС. VI.36. Дисковая фреза для обра-
ботки пластмасс	№
«5Г
190
Фасонные фрезы применяемые для обработки сложнофасон-
ных поверхностей, принадлежат к группе фрез с затылованной
формой зуба. Типовые фасонные фрезы — это полукруглая вы-
пуклая (рис. VI.35, а) и полукруглая вогнутая (рис.. VI.35, б).
Число зубьев фасонной фрезы принимают в зависимости от ее
диаметра. Чтобы не искажать профиль режущей кромки фасонной
фрезы, ее зубья затачивают с передним углом у = 0°. Черновые
фрезы затачивают с положительным передним углом. Задний
угол а для периферийной части режущей кромки затачивают рав-
ным 10—152.
Фрезы для обработки пластмасс. Наиболее труднообрабатывае-
мыми пластмассами при фрезеровании являются текстолит и стек-
лотекстолит. При обработке пластмасс фрезерованием выполняют
операции: разрезку листов, прорезку пазов и обработку плоско-
стей. Листовой текстолит разрезают дисковыми фрезами (быстро-
режущими или оснащенными пластинками из твердых сплавов).
Оптимальная геометрия дисковых фрез для обработки тексто-
лита определяется задними углами а = 16° и передними у =
= 5-4-8°, как быстрорежущих, так и твердосплавных. Конструк-
тивные элементы фрезы показаны на рис. VI.36, из которого видно,
что фреза имеет разнонаправленные зубья с углом наклона
со = 15°.
Цилиндрические фрезы, применяемые для обработки тексто-
лита, конструктивно ничем не отличаются от обычных фрез. Осо-
бенностью геометрии этих фрез являются значительный наклон
винтового зуба с углом со = 45 4- 50° и большое значение заднего
угла а = 16°. У пазовых фрез наклон зуба определяется углом
со = 20°.
Фрезерование пазов и разрезку стеклотекстолита производят
только твердосплавными фрезами, так как применение быстроре-
жущего инструмента приводит к быстрому его износу вследствие
сильного абразивного истирания передней и задней поверхно-
стей. Как и при разрезке текстолита, при разрезке стеклотексто-
лита лучшие результаты дают дисковые фрезы с разнонаправлен-
ными зубьями (см. рис. VI.36); такая конструкция фрезы обеспе-
чивает высокое качество обеих обработанных поверхностей. При
обработке стеклотекстолита выбирают у = 5° и а = 169.
Плоские поверхности стеклотекстолита обрабатываются твер-
досплавными или быстрорежущими цилиндрическими фрезами со
спиральным зубом с углом наклона со = 45 4- 50°, у = 5 4- 8s
и а = 162.
Глава VII
Протягивание
Протягивание и прошивание являются высокопроизводитель-
ными методами обработки поверхностей деталей разнообразных
форм, при этом обеспечивается точность обработки 1—3-го клас-
сов и шероховатость обработанной поверхности в пределах 6—
9-го классов по ГОСТ 2789—59. Высокая производительность при
протягивании и прошивании достигается одновременной работой
нескольких режущих зубьев при большом суммарном периметре
резания. Процесс прошивания имеет значительно меньшее рас-
пространение в сравнении с процессом протягивания.
Протягивание представляет собой напряженный процесс
деформирования материала в условиях несвободного, стес-
ненного резания. В процессе протягивания возникают боль-
шие пластические деформации, а также интенсивные адгезион-
ные и диффузионные явления. Все это приводит к снижению точ-
ности обработки и к ухудшению качества обрабатываемой по-
верхности.
Различают следующие виды протягивания: 1) внутреннее
и наружное; 2) горизонтальное и вертикаль-
ное^) прерывистое и непрерывное; 4) спе-
циальные виды протягивания.
При внутреннем протягивании обработке подвергаются детали
с внутренним замкнутым контуром — отверстия цилиндрические,
шлицевые, шпоночные, многогранные и др. (рис. VII.1, а), при
наружном протягивании обработке подвергаются детали с незамк-
нутым контуром (рис. VI 1.1, б).
Горизонтальное и вертикальное протягивание обусловлено
конструкцией протяжных станков. Обычные протяжные станки
(вертикальные и горизонтальные) работают по прерывистой схеме,
т. е. после обработки каждой детали приходится останавливать ста-
нок для смены заготовок. Для повышения производительности
применяют непрерывное протягивание, при котором благодаря
наличию специальных устройств и специальных конструкций
инструмента смена заготовок производится по мере их обработки
без остановки станка.
192
К специальным видам относится протягивание внутренних и
наружных поверхностей тел вращения дисковыми протяжками,
Рис. VI 1.1. Профили деталей,
обрабатываемых протягиванием
работающими с круговым движением, протягивание специаль-
ными протяжками зубчатых колес и др.
§ L Элементы режима резания при протягивании
Схема работы круглой протяжки показана на рис. VII.2, а,
а схема работы прошивки — на рис. VII.2, б. В отличие от про-
тягивания при прошивании инструмент — прошивка проталки-
Рис. VI 1.2. Схема работы протяжки (а) и про-
шивки (б)
вается через отверстие, работая на сжатие. При протягивании
заготовка 3 своей торцовой частью опирается на стенку станка 1
и остается неподвижной, протяжка 2 совершает поступательное
перемещение, которое является главным движением (рис. VII.2, а).
При прошивании заготовка 3 своей опорной частью опирается
на стол пресса 4, а прошивка 5 под действием пресса перемещается
вертикально. В одном и другом случаях поступательные движе-
193
ния инструмента являются главными движениями, а скорость
движения есть скорость резания (в м/мин).
Припуск на диаметр, снимаемый протяжкой,
Ло — D — Do,
где D — окончательный диаметр обрабатываемого отверстия;
Do — наименьший диаметр предварительного отверстия.
Припуск на сторону А = 0,5 Ао. Величину припуска при круг-
лом протягивании выбирают в пределах 0,4—1,6 мм при черновом
протягивании и 0,2—1,0 мм при чистовом протягивании.
Подъем на зуб (толщина стружки) представляет собой величину,
на которую постепенно увеличивается каждый последующий ре-
жущий зуб в сравнении с предыдущим. Различают величину
подъема на зуб:	— на диаметр и а = ^- — на сторону.
Величину подъема на зуб выбирают в зависимости от обрабаты-
ваемого материала (табл. VII.1) и выдерживают одинаковой для
всех режущих зубьев, за исключением нескольких (трех — четы-
рех) последних, которые называются зачищающими. У зачищаю-
щих зубьев подъем на зуб постепенно уменьшается, так, чтобы
значение а для последнего зачищающего зуба не превышало
0,01—0,02 мм. Последний зачищающий зуб обеспечивает заданную
точность обработки и качество поверхности.
Таблица VIIЛ
Подъем на зуб при протягивании цилиндрических,
шлицевых и шпоночных отверстий
Типы протяжки	Подъем а на зуб в мм для обработки деталей из			
	' стали	| чугуна	алюминия |	бронзы, латуни
Круглые		0,015—0,03	0,03—0,1	0,02—0,05	0,05—0,12
Шлицевые ....	0,025—0,08	0,04—0,1	0,02—0,1	0,05—0,12
Шпоночные ....	0,05—0,20	0,06—0,20	0,05—0,08	0,08—0,20
Длина режущей кромки одного зуба круглой протяжки L =
= л£>, где D — диаметр режущего зуба в мм.
Площадь среза стружки, снимаемой одним зубом,
F = La мм2.
Суммарная площадь среза
Р сум = Р ^тах,
где zmax — число одновременно работающих зубьев [см. формулу
(VII.9)].
194
§ 2. Основные части и геометрические параметры
круглой протяжки
Элементы круглой протяжки, работающей по профильной
схеме, показаны на рис. VII.3.
Рис. VI 1.3. Конструктивные элементы круглой протяжки
Передняя замковая часть (хвостовик) Zx
служит для закрепления протяжки в станке; она оформляется
по одному из вариантов, приведенных на
рис. VII.4.
Шейка Z2 служит для соединения пе-
редней замковой части с передней направ-
ляющей частью.
Передняя направляющая
часть Z3 вместе с направляющим конусом
служит для установки и центровки обра-
батываемой детали перед протягиванием.
Режущая часть Zp состоит из ре-
жущих и зачищающих зубьев, которые, на-
чиная со второго зуба, постепенно увели-
чивают свой размер с подъемом на зуб
Д£>
а = -у мм.
Калибрующая часть ZK со-
стоит из калибрующих зубьев одного диа-
метра, равного диаметру последнего зачи-
щающего зуба. Диаметр калибрующих зубьев
должен быть равен наибольшему диаметру
отверстия с учетом возникающих при реза-
нии деформаций, т. е.
Dk = D-\- Apzt А,
Рис. VII.4. Формы
хвостовиков протя-
жек
где D — номинальный диаметр отверстия; Ар — допуск на изго-
товление; А — деформация отверстия.
Знак «минус» при А берется в случае «разбивания» отверстия,
что наблюдается обычно при обработке толстостенных деталей;
знак «плюс» берется в случае «усадки» отверстия, что наблюдается
при обработке тонкостенных деталей. Величину разбивания и
195
усадки отверстия определяют опытным путем; она колеблется
в пределах 0,005—0,02 мм в зависимости от условий обработки.
Задняя направляющая часть Z4 препятствует
перекосу протягиваемой детали и повреждению обработанной
поверхности в момент выхода последних зубьев калибрующей
части из отверстия.
Рис. VII.5. Форма канавок для
дробления стружек
Рис. VI 1.6. Форма режущих зубьев
протяжки
Задняя замковая часть Z5 служит для соединения протяжки
через патрон с кареткой обратного хода станка и выполняется
только для автоматического или полуавтоматического протягива-
ния, когда протяжка возвращается в исходное положение посред-
ством каретки обратного хода.
Канавки для дробления стружки (рис. VII.5)
располагаются в шахматном порядке на всех режущих и зачищаю-
щих зубьях, кроме последнего зачищающего зуба и всех калиб-
Рис. VII.7. Схема заполнения
стружечной канавки при протя-
гивании
рующих; форма канавки характеризуется шагом ZK — 5 4- 10 мм,
шириной 5к = 0,6 4-1,5 мм и глубиной = 0,4 4-1,0 мм.
Конструкция зуба протяжки характеризуется следующими пара-
метрами: шагом Z, высотой Я, шириной Ъ и радиусом канавки г
(рис. VII.6).
Образующаяся в процессе резания стружка за цикл обработки
должна разместиться полностью во впадине зуба. Наиболее небла-
гоприятные условия размещения стружки во впадине зуба соз-
даются при обработке вязких материалов, образующих стружку
в виде валика. Диаметр стружечного валика приблизительно
196
может быть принят равным высоте зуба Н. Площадь активной
части стружечной канавки (рис. VI 1.7)
FK = ~ мм2,	(VII.1)
а площадь продольного сечения среза
Fc = aLa мм2,	(VII.2)
где а — подъем на зуб; La — длина детали.
Коэффициент заполнения канавки
=	(VII.3)
Этот коэффициент выбирают в зависимости от свойств обраба-
тываемого материала, подъема а на зуб и конструктивных осо-
бенностей протяжек (табл. VII.2). Отдельные элементы конструк-
ции зуба протяжки определяют из следующих выражений:
/ = (1ч-2)/£а;	(VII.4)
Н = (0,35 ч- 0,45)/;	(VII.5)
ь = (0,3 ч- 0,35)/;	(VII.6)
г = (0,5 ч-0,55) Н.	(VI 1.7)
Общее количество зубьев круглой протяжки
Z = Zi ^2	2g,
где Zi — число режущих зубьев; z2 — число зачищающих зубьев;
z3 — число калибрующих зубьев.
,	Таблица VIL2
Значения коэффициентов заполнения канавки протяжки
Подъем а на зуб в мм	Сталь с ов в кгс/мм2 (ГПа)			Чугун, бронза, латунь	Медь, алюми- ний
	< 40 (0,392)	40-60 (0,39—0,59)	> 60 о 0,59)		
До 0,03 . . . 0,03—0,07 . . Свыше 0,07	3 4 4,5	2,5 3 3,5	3 3,5 4	1,5 2 2,5	2 3 3,5
Число режущих зубьев определяется по формуле
21^Л°—^дРзаг + 1-	(VI 1.8)
Число зачищающих зубьев :2 •= 2 4- 4. Число калибрующих
зубьев практически выбирают от 4 до 8. Число одновременно ра-
ботающих зубьев протяжки
Zmax = ^+1,	(VII.9)
где La — длина детали в мм; t — шаг между зубьями в мм.
197
Геометрия зуба протяжки характеризуется следующими уг-
лами: передним у, задним а, углом резания S и углом заостре-
ния р (см. рис. VI 1.6). Передний угол выбирают в зависимости от
качества обрабатываемого материала (табл. VIL3). Задние углы а
выбирают в зависимости от класса точности обработки: для 1-го
класса точности а = 1 4- 1°30е; для 2 и 3-го классов а — 2 4- 3®
и для 4-го класса а = 3 4- 4*.
Таблица VI 1.3
Значения передних углов у” для круглых протяжек
Обрабатываемый материал	Передний угол у0	Обрабатываемый материал	Передний угол у0
Сталь: ов = 50 кгс/мм2 (0,49 ГПа) 	 <7В = 60 4- 100 кгс/мм2 (0,59 — 0,98 ГПа) . . ов > 100 кгс/мм2 (>0,98 ГПа)		15—18 12—15 8—10	Чугун: НВ < 150 «1,47 ГПа) НВ >150 (> 1,47 ГПа) Жаропрочные стали и сплавы		8—10 4-8 12—15
Как видно, значения задних углов а для круглых протяжек
значительно ниже, чем для других режущих инструментов —• рез-
цов, фрез и др. Это вызвано тем, что при переточке круглых про-
тяжек по передней поверхности наблюдается уменьшение основ-
ных ее размеров — диаметром зубьев. Это уменьшение тем больше,
чем больше угол а, поэтому для протяжек,
работающих по 1—4-му классам точности, зна-
чения углов а
Рис. VII.8. Силы,
действующие на
зуб протяжки
не превышают 1—4®.
§ 3. Силы
резания при протягивании
работы круглая протяжка на-

В процессе
ходится под действием растягивающих сил Р2,
направленных вдоль оси, и сил Ру, направлен-
ных перпендикулярно оси (рис. VI 1.8). Сум-
марная осевая сила Pz определяется по эмпи-
рической формуле
Pz^CpDaxzm^KyKcKn кгс (Н), (VII.10)
где Ср — постоянный коэффициент, характеризующий обрабаты-
ваемый материал и другие условия обработки; а — подъем на зуб
в мм; Ку, Кс и КИ — коэффициенты, характеризующие соответ-
ственно влияние переднего угла, смазочно-охлаждающей жид-
кости и степени износа зубьев протяжки.
Значения Ср, х, Ку, Кс и КИ выбирают в зависимости от свойств
обрабатываемого материала и инструмента.
198
Проверку прочности протяжки на разрыв ведут по формуле
(VII.11)
где Рг — сила протягивания в кгс (Н); FQ — площадь опасного
сечения протяжки в мм2 (по хвостовику и перед первым режущим
зубом); Ор — допустимое растягивающее напряжение в кгс/мм2
(Па).
Для протяжек из легированной и быстрорежущей инструмен-
тальной сталей рекомендуют принимать среднее значение о,р <Z
< 30 кгс/мм2 (0,29 ГПа).
Напряжение на смятие проверяют по формуле
(VIL12)
где Рг ~ сила протягивания в кгс (Н); F см— опорная площадь
замка в мм2; оСм — допустимое напряжение на смятие в кгс/мм2
(Па).
Допустимое напряжение на смятие не должно превышать
60 кгс/мм2 (0,58 ГПа).
§ 4. Типы протяжек
Шлицевые протяжки применяют для обработки прямых и вин-
товых шлицевых канавок в отверстиях деталей с прямобочным
(плоским) и эвольвентным профилем. Протягивание прямобочных
Рис. VII.9. Прорезание прямо-
бочных шлицев протяжкой:
а — схема прорезания шлицев;
б — форма зуба шлицевой про-
тяжки
шлицевых канавок производят обычно последовательно зубьями
с подъемом а; ширина этих зубьев равна ширине шлицевых кана-
вок (рис. VII.9, а). Припуск на одну сторону для шлицевой про-
тяжки определяют высотой шлицевой канавки и подсчитывают
по формуле
4 = 0,54о = 0,5 (Z) —Z)o) мм,	(VII.13)
где 40 — припуск на диаметр в мм; D — наружный окончатель-
ный диаметр шлицевого отверстия; DQ — минимальный диаметр
под протягивание.
199
Шлицевая протяжка состоит из тех же конструктивных эле-
ментов, что и круглая протяжка. Для уменьшения трения о стенки
шлицевых канавок боковые поверхности зуба протяжки делают
с углом поднутрения 0 = 0°30л (рис. VII.9, б). У самой режущей
кромки на боковых поверхностях зуба оставляют фаски е шириной
не более 0,8 мм. У основания зуба шлифуют выемку шириной
у — 1,0 -ь 1,2 мм и глубиной и — 0,8 4-1,0 мм. Поднутрение
имеют не все режущие зубья шлицевой протяжки, а только те,
высота шлицевых выступов на которых равна или больше 1,2 мм.
Рис. VI 1.10. Профиль эвольвентной про-
тяжки:
с*ни — наружный диаметр; dBII — внутренний
диаметр; </ди — диаметр делительной окруж-
ности; Г — шаг по делительной окружности;
Зди — толщина зуба по делительной окружности
Прочность шлицевой протяжки проверяется по формуле
— < а
Fo
Сила протягивания
Pz = СрЬггах2тахЯуади,	(VI 1.14)
где п — число шлицев в отверстии; Ъ, — ширина шлицевой канавки
в мм.
Методом протягивания обрабатывают также шлицы эвольвент-
ного профиля. Основные размеры профиля зубьев эвольвентной
протяжки указаны на рис. VII. 10. Определение основных конст-
руктивных элементов эвольвентной протяжки производят так же,
как и для обычной шлицевой, но учитывают особенности эвольвент-
ного профиля. Толщину шлицев по делительной окружности кон-
тролируют роликом (калиброванной проволокой), диаметр кото-
рого специально рассчитывают.
Для мелких модулей протягивание шлицевых эвольвентных
отверстий осуществляется одной протяжкой в один проход, для
крупных модулей — комплектом протяжек в два или в три прохода.
Для обработки отверстий повышенной точности, имеющих эволь-
вентные шлицы, сначала применяют черновые протяжки с трапе-
цеидальным профилем зуба, затем калибрующие с эвольвентным
профилем зуба.
200
Шпоночные протяжки (рис. VII. 11) применяют для обработки
шпоночных канавок. Шпоночные канавки в отверстиях обрабаты-
вают при помощи специального приспособления — направляющей
втулки (рис.VII.12, а). Направляющая втулка (адаптер) одним
Рис. VII.11. Конструктивные размеры шпоночной протяжки
своим цилиндрическим концом с входит в станину до опорной части
Ь, а другой конец а входит в отверстие обрабатываемой заготовки
(рис. VII. 12, б). Вдоль всей втулки сделана прорезь, в которой
скользит протяжка.
Рис. VII.13. Схема
для определения при-
пуска на обработку
шпоночной протяж-
кой

Рис. VI 1.12. Прорезание шпоночной канавки про-
тяжкой:
а — конструкция направляющей втулки (адаптера);
б — схема работы шпоночной протяжки в направляющей
втулке; 1 и 4 — адаптер; 2 — заготовка; 3 — протяжка
Припуск под протягивание для шпоночной протяжки опреде-
ляется по формуле (рис. VII.13)
A = T-D0 + f0.	(VII.15)
Размер /0 определяется геометрически:
/o = O,5(Z>o ——ft2).	(VII.16)
Для определения силы Pz используют формулу, принятую
для шлйцевой протяжки.
Многогранные протяжки применяют для обработки граневых
отверстий с любым числом сторон. Многогранные отверстия обычно
обрабатывают по генераторной схеме,, согласно которой режущие
201
кромки имеют форму дуг окружностей, т. е. отличаются от формы
обрабатываемого многогранника.
Режущая кромка первого зуба многогранной протяжки по
форме приближается к окружности (рис. VII. 14, а). У последних
Рис. VI 1.14. Обработка многогранного отверстия про-
тяжкой:
а — схема для определения припуска на обработку многогранной
протяжкой; б — форма зуба многогранной протяжки в сечении,
перпендикулярном оси
зубьев режущая кромка постепенно укорачивается; режущая
кромка последнего режущего зуба заостряет уголки обрабатывае-
мого многогранника. Обычно уголки многогранника притупляют
на величину С, составляющую часть от диаметра описанной окруж-
ности Dh многоугольника, т. е. С = где 0 = 0,03 ч- 0,05.
Рис. VII.15. Обработ-
ка плоскостей про-
тяжками:
а — схема работы плос-
кой протяжки по про-
фильной схеме; б — схе-
ма прогрессивного про-
тягивания односекцион-
ной протяжкой; в —
схема прогрессивного
протягивания двухсек-
ционной протяжкой;
1 — деталь; 2 — про-
тяжка; 3 — корпус про-
тяжки
Режущие кромки зубьев многогранной протяжки по длине пере-
менны — они постепенно уменьшаются, начиная с первого режу-
щего зуба.
Припуск на обработку для многогранной протяжки (рис. VII.
14, а) можно определить по формуле
4 =0,5(Z) —Do),
202
где D — диаметр притупленного многоугольника в мм; Do —
диаметр отверстия в мм.
При протягивании многогранного отверстия длиной более
40 мм рекомендуют на сторонах многогранника протяжки, начиная
с 8-го или 10-го зуба, делать выемки глубиной К — 1 4- 1,5 мм
с постепенно увеличивающейся шириной q (рис. VII.14, б).
Плоские протяжки, применяемые для обработки плоских по-
верхностей, работают по двум схемам: профильной (рис. VII.15, а)
я прогрессивной (рис. VII. 15, б и в).
Плоская протяжка представляет собой сборную конструкцию,
состоящую из одной или нескольких рабочих секций 7, смонтиро-
ванных на плите 2 (рис. VII. 16, а, б). Планка 3 является опорой
для рабочих секций. Подкладки 4 служат для регулирования
высоты режущих зубьев.
Все элементы, определяющие конструкцию зубьев плоских
профильных протяжек и их геометрию, подбирают на тех же основа-
ниях, что и для внутренних круглых и других протяжек.
Перед протягиванием плоских поверхностей по профильной
схеме их предварительно обрабатывают на строгальных или фре-
зерных станках ” для удаления неровностей, окалины и других
возможных включений. Заготовки, полученные после штамповки
и ковки, имеющие на поверхности корку, окалину и другие вклю-
чения, рекомендуется обрабатывать протяжками прогрессивного
типа. В отличие от профильной протяжки, рассматриваемая про-
грессивная плоская протяжка не имеет режущих зубьев, возвыша-
ющихся друг над другом (рис. VII.17, а). Подъем а на зуб, опре-
деляющий толщину срезаемого слоя, получается при установке на-
клоном протяжки относительно заготовки на угол ц. Величина
подъема а на зуб (рис. VII.17, а) зависит от угла наклона про-
тяжки ц; она определяется из треугольника:
а = t sin [Л,	(VII.17)
где t — шаг между зубьями в мм.
203
Наряду с главными режущими кромками 1 прогрессивная
плоская протяжка имеет также и боковые 2 кромки, которые зачи-
щают обработанную поверхность (рис. VII. 17, б). Передний и зад-
ний углы прогрессивной протяжки в рабочем состоянии отличаются
от переднего и заднего углов в статическом, нерабочем состоянии.
Изменение переднего и заднего углов происходит вследствие
наклона протяжки относительно детали под углом ц.
Рис. VI 1.17. Прогрессивная
плоская протяжка:
а — установка протяжки; б —
элементы конструкции про-
тяжки
Действительный передний угол протяжки (в процессе резания)
увеличивается на величину угла наклона р, т. е.
7д = ?с + р,
(VII.18)
где ус — передний угол в статическом состоянии.
Действительный задний угол соответственно уменьшается на
ту же величину:
ОСд — ОСс р
(VII.19)
где ас — задний угол в статическом состоянии.
При заточке прогрессивной плоской протяжки необходимо
учитывать указанные изменения переднего и заднего углов.
Уплотняющие протяжки применяют для уплотнения предва-
рительно обработанной поверхности, улучшения структуры ее
поверхностного слоя, износостойкости и снижения шероховатости.
Область применения уплотняющих протяжек — окончательная
обработка баббитовых, бронзовых, алюминиевых, титановых и
других деталей. Подъем на один зуб для уплотняющих протяжек
не превышает 0,02 мм, припуск на диаметр для круглой протяжки
принимают 0,1—0,15 мм.
Рабочие зубья уплотняющих протяжек работают не методом
снятия стружки, а методом пластических деформаций. Последние
3—4 зуба делают одного и того же диаметра, их назначение —
окончательно откалибровать уплотненную поверхность. Вели-
чину шага между зубьями уплотняющих протяжек выбирают
204
такой же, как и для режущих протяжек. Профиль уплотняющих
зубьев характеризуется следующими элементами (рис. VI 1.18);
углом уплотнения 0 = 4 ч- 5°; фаской / = (0,8 -ь 1,0) t\ радиу-
сами закругления R = (0,15 4- 0,2) t и
г = 0,05 Z.
Наряду с уплотняющими протяж-
ками широко применяют комбинирован-
ные протяжки, у которых уплотняющие
и выглаживающие зубья следуют после
режущих.
Основными материалами, из кото-
Рис. VII.18. Форма зуба
уплотняющей протяжки
рых изготовляют протяжки всех типов,
при условии обработки деталей из ста-
лей средней и низкой прочности, яв-
ляются легированные инструментальные
стали ХГ и ХВГ, которые в результате наличия в них небольшого
количества вольфрама и хрома, а также повышенного количества
марганца хорошо сопротивляются в работе износу и истиранию,
а также деформациям при термической обработке. При обработке
высокопрочных материалов, а также титановых и жаропрочных
сплавов применяют протяжки из быстрорежущих сталей (Р12,
Р6МЗ, Р9К5 и др.). В настоящее время для изготовления протяжек
используются также твердые сплавы типа ТК и ВК.
Сборные конструкции протяжек. Для экономии быстрорежущей
стали, а также для повышения производительности в промышлен-
ности находят применение сборные конструкции. На рис. VII.19
показана конструкция протяжки, оснащенной пластинками из
твердого сплава 7, которые припаиваются к державкам 2 зубьев
205
протяжки. Зубья протяжки крепятся в пазах корпуса 3 клиньями 4
посредством винтов 5. Регулирование высоты зуба протяжки произ-
водится с помощью прокладок между опорой державки 2 и план-
кой 6*, которая закрепляется к державке 2 винтом 7. Указанная
конструкция позволяет раздельно затачивать зубья протяжки,
производить быструю смену зубьев и точную регулировку зуба
по высоте.
§ 5. Схемы резания при протягивании
Под схемой резания при протягивании подразумевается поря-
док, в котором режущие зубья протяжек будут срезать припуск
на обработку. Различают следующие схемы при протягивании!
профильную, генераторную и прогрессивную.
Профильная схема. Рассмотренная выше схема реза-
ния при протягивании цилиндрического отверстия, когда зубья
протяжки срезают заданный припуск в такой последовательности,
Рис. VI 1.20. Профильные схемы протягивания:
а — цилиндрического отверстия} б — выпуклого профиля} в — плоской поверхности
при которой окончательная форма и размеры отверстия ^получаются
от воздействия всех режущих кромок, форма которых соответствует
(подобны) профилю обрабатываемой детали, называется профиль-
ной. На рис. VII.20, а показана профильная схема резания для
цилиндрического отверстия; на рис. VII.20, б — для наружной
фасонной поверхности, а на рис. VII. 20, в — для плоской поверх-
ности.
Прогрессивная схема. При прогрессивной схеме
резания режущие кромки на зубьях протяжки расположены не
по всему протягиваемому периметру, а на части его; каждый зуб
протяжки срезает слой толщиной, в 3—10 раз большей, чем при
профильной схеме резания. При этом слой материала в пределах
принятой толщины среза или величины подъема на зуб срезается
одной секцией, состоящей из двух и более зубьев. На рис. VII.
21, а показана прогрессивная схема протягивания цилиндриче-
ского отверстия, а на рис. VII. 21, б —плоской поверхности. В каж-
206
дую секцию протяжки входит два зуба. Протягивание по прогрес-
сивной схеме рекомендуется при обработке заготовок, имеющих на
наружной поверхности литейную
2__________
Ур
или ковочную корку.
Генераторная схема.
При генераторной схеме протяги-
I Срезы первых зубьев секции.
l.....t Срезы вторых зубьев секции,
б)
Рис. VI 1.21. Прогрессивные схемы протягивания:
а — цилиндрического отверстия; б — плоской поверхности
Рис. VII.22.	Генераторная
схема протягивания
вания форма режущих кромок зубьев не соответствует (не по-
добна) профилю обрабатываемой детали. Например, при обра-
ботке квадратного отверстия по ге-
нераторной схеме (рис. VII.22) ре-
жущие кромки имеют форму дуг
окружностей. Окончательная форма
и размеры протянутой поверхности
получаются от воздействия всех ре-
жущих зубьев, участвующих в ра-
боте. В результате на обрабатывае-
мой поверхности образуются неров-
ности и наблюдается некоторое ис-
кажение обрабатываемого профиля.
Для обеспечения точности и класса
чистоты обработки заданного профи-
ля после режущих зубьев, работаю-
щих по генераторной схеме, распо-
лагают несколько зубьев, работаю-
щих по профильной схеме.
Помимо указанных схем, применяют также комбинированное
протягивание, когда обработка производится не по одной, а по двум
или трем схемам протягивания.
§ 6. Износ, стойкость и скорость резания
при протягивании
Износ режущей части зубьев протяжки характеризуется в ос-
новном площадкой износа по задней поверхности и увеличением
радиуса скругления режущей кромки (рис. VII. 23). При протяги-
207
вэнии стальных деталей с подъемом на зуб а > 0,1 мм возможен
износ и по передней поверхности зубьев в виде небольшой лунки.
Однако износ по передней поверхности обычно не имеет ярко выра-
женного характера. Величина площадки износа по задней поверх-
ности вдоль режущей кромки зубьев протяжек распределяется
неравномерно. Наибольший износ по
задней поверхности происходит в ме-
стах сопряжения главной и вспомо-
гательной режущих кромок и в точ-
ках, прилегающих к канавкам для
разделения стружки.
На рис. VII.24 показано распо-
ложение площадок износа по задней
поверхности зубьев протяжек круг-
лых, шлицевых и шпоночных. В за-
висимости от требований к точности
и шероховатости протянутой поверх-
Рис. VII.23. Износ режущей
части зубьев протяжки
ности в качестве критерия затупления
зубьев протяжек принимается различная величина износа по зад-
ней поверхности. При повышенных требованиях к шероховатости
поверхности в пределах 7—9-го классов чистоты по ГОСТ 2789—59
допускаемую среднюю величину износа по задней поверхности
на последних режущих зубьях принимают h3 = 0,08 ч- 0,1 мм.
При большей величине износа происходит увеличение шерохо-
ватости и снижение класса чистоты поверхности.
Рис. VI 1.24. Расположение площадок износа по задней поверхности
зубьев протяжки:
а — круглой! б — шлицевой; в — шпоночной
Шероховатость поверхностей после протягивания в основном
зависит от величины подъема а на один зуб, скорости резания и,
свойств обрабатываемого материала, переднего угла у, смазочно-
охлаждающей жидкости и др. Поэтому при выборе величины у, а
и у и смазочно-охлаждающей жидкости учитывают заданный класс
чистоты поверхности.
Для получения 7—9-го классов чистоты выбирают а = 0,015 ч-
ч- 0,003 мм. Увеличение шероховатости поверхности с увеличением
подъема а особенно заметно при протягивании вязких материалов,
208
имеющих низкий предел прочности. Для получения меньшей
шероховатости выбирают возможно большее значение переднего
угла у. Уменьшение шероховатости поверхности наблюдается при
весьма малых значениях скорости резания (р = 0,5 * 1,5 м/мин).
При протягивании качество поверхности (шероховатость, наклеп)
зависит от скорости резания, значение которой колеблется в очень
ограниченных пределах от 0,5 до 10 м/мин.
Применяемые при протягивании смазочно-охлаждающие жид-
кости должны обладать наибольшей смазывающей способностью.
В качестве таких жидкостей используют различные растительные
масла (льняное, конопляное, подсолнечное, сурепное и др.). В обыч-
ных условиях протягивания для экономии растительных масел
можно применять сульфофрезол, 20%-ный раствор эмульсии и др.
Чугунные и бронзовые детали протягивают с применением керосина
или 5—10%-ного раствора эмульсии.
Основное технологическое время То при протягивании отверстия
по профильной схеме определяется с учетом времени, затрачи-
ваемого на рабочий и холостой ходы.
При протягивании одной детали
Если обозначить К = 1-|--^—, получим
Если одновременно протягивается q деталей,
где I — длина рабочего хода, включающего длину рабочей части
протяжки Z1? длину протягиваемой поверхности Z2 и длину
перебегов 13 в размере 30—50 мм; ирх — скорость рабочего хода
в м/мин; их х — скорость холостого хода в м/мин; q — количество
одновременно обрабатываемых деталей; К — коэффициент, учи-
тывающий соотношение между скоростями рабочего и холостого
ходов.
Стойкость протяжки Т определяют с учетом времени, затра-
чиваемого только на рабочие ходы; это стойкость, которая выра-
жается продолжительностью контакта зуба протяжки за период
всех рабочих циклов между переточками. Стойкость протяжки
т = «П> ’	*'	<vn-22>
где Z2 — длина протягиваемой поверхности в мм; I — число рабо-
чих циклов между переточками.
?09
Скорость рабочего хода принимается в пределах ур х = 0,5 -ь
•4- 20 м/мин. Скорость резания, допускаемая режущими свойствами
протяжки, подсчитывается по эмпирической формуле
(VIL23)
где Cv — постоянный коэффициент, зависящий от свойств обра-
батываемого материала и условий обработки; Т — стойкость про-
тяжки в мин; а — подъем на зуб в мм.
Период стойкости протяжки Т колеблется в пределах
100—150 мин в зависимости от марки инструментальной стали,
физико-механических свойств обрабатываемого материала, режи-
мов резания и требований, предъявляемых к шероховатости и точ-
ности протягиваемых отверстий. Значения показателя степени тп
для различных обрабатываемых материалов колеблется от 0,5 до 0,8,
а значения показателя yv — от 0,6 до 0,8. Значения Cv, yv и тп
приводятся в справочниках по режимам резания. Применение
твердосплавных протяжек позволяет повысить стойкостьв 8—15 раз
по сравнению с аналогичными протяжками из быстрорежущей
стали при сохранении одинаковых условий обработки.
Дальнейшее развитие и совершенствование процесса протя-
гивания идет в настоящее время в направлении самого широкого
внедрения в промышленность протяжек с припаянными пластин-
ками из твердого сплава, а также с многогранными неперетачи-
ваемыми пластинками, закрепляемыми в корпусе протяжки меха-
ническим способом. Вторым важным направлением в совершенст-
вовании процесса протягивания является изыскание новых, более
производительных схем резания (схемы переменного резания,
комбинированные и др.).
Глава VIII
Нарезание зубчатых колес
В современном машиностроении находят широкое применение
зубчатые передачи, которые в отличие от других видов передач
(ременных, цепных, фрикционных и др.) обеспечивают возможность
передачи больших мощностей, компактность, неизменность пере-
даточных отношений, долговечность и др. Производство зубчатых
колес является сложным и трудоемким процессом, требующим
высокой производственной культуры, знаний по теории зацепления
резанию металлов, металловедению, технологии машинострое-
ния и др.
Зубчатые колеса можно получать литьем, штамповкой, накат-
кой в горячем и холодном состоянии с применением накатных
инструментов и путем нарезания зубьев на станках зуборезными
инструментами. Нарезание зубчатых колес осуществляется методом
копирования и методом обкатки (огибания).
Метод копирования основан на использовании фасонного режу-
щего инструмента, профиль режущей части которого точно соот-
ветствует профилю впадины между его зубьями. В качестве режу-
щего инструмента применяют дисковые и пальцевые модульные
фрезы, зубодолбежные головки.
При методе обкатки эвольвентный профиль зубьев нарезаемых
колес получается в результате того, что режущий инструмент
и заготовка, рассматриваемые как находящаяся в зацеплении
зубчатая пара, совершают не только обкаточное движение, но
также одновременно одному из колес зубчатой пары (режущему
инструменту) сообщают еще дополнительное движение, обеспечи-
вающее процесс резания. Зубчатые колеса по методу обкатки наре-
заются на специальных зуборезных станках червячными модуль-
ными фрезами, зуборезными долбяками и гребенками, зубостро-
гальными резцами, зуборезными головками и др.
Цилиндрические прямозубые колеса нарезаются модульными
червячными фрезами, прямозубыми гребенками и долбяками; косо-
зубые (винтовые) колеса — червячными фрезами, косозубыми
гребенками и долбяками. Конические колеса с прямыми зубьями
нарезаются различными методами, однако наибольшее распростра-
211
некие получил метод огибания на зубострогальных станках двумя
зубострогальными резцами. Имеют также применение методы
нарезания прямозубых конических колес с помощью двух фрез и
круговыми протяжками. Для отделочных работ применяют диско-
вые и гребенчатые шеверы.
§ 1.	Зубофрезерование дисковыми и пальцевыми фрезами
Нарезание зубчатых колес по методу копирования представ-
ляет собой фасонное фрезерование дисковыми и пальцевыми фре-
Рис. VIИЛ. Дисковая модульная фреза:
а — элементы фрезы; б — схема установки и работы
зами, имеющими форму режущих кромок, соответствующую про-
филю канавок между зубьями нарезаемого колеса. Принцип ра-
боты заключается в том, что фреза
Рис. VIII.2. Пальцевая модульная фреза:
а — элементы фрезы; б — схема установки и ра-
боты
прорезает одну впадину
(канавку) между зубьями
и затем возвращается в ис-
ходное положение, после
чего заготовка поворачи-
вается на — часть (где z —
число зубьев нарезаемого
колеса) и прорезается сле-
дующая канавка и т. д.
(рис. VIII.1). Работа вы-
полняется на универсаль-
но-фрезерных станках с
использованием делитель-
ных механизмов.
Дисковыми модульны-
ми фрезами нарезаются
цилиндрические зубчатые
колеса с прямыми и винтовыми зубьями. Пальцевые модульные фре-
зы обычно применяют при нарезании крупномодульных зубчатых
колес с прямыми, винтовыми и шевронными зубьями (рис. VIII. 2).
212
Основные параметры процесса фрезерования зубчатых колес
дисковыми и пальцевыми фрезами, такие как скорость резания у,
глубина /, подачи s0, s2 и $м, определяются исходя из тех же
основных положений, что и при обычном фасонном фрезеровании.
Недостатки нарезания зубчатых колес по методу копирования
дисковыми модульными фрезами следующие: небольшая точность
обработки (9—10-я степень точности), низкая производительность,
необходимость иметь наборы инструментов, состоящих из 8,15 или
26 фрез для каждого модуля. Каждую фрезу, входящую в набор,
используют для обработки нескольких колес, числа зубьев которых
находятся в определенном интервале, например, фрезу № 1 из на-
бора в 8 фрез используют для обработки зубчатых колес с числами
зубьев 12 и 13, фрезу № 2 —для обработки зубчатых колес с чис-
лами зубьев 14, 15 и 16 и т. д.
Профиль впадины только одного колеса (с наименьшим числом
нарезаемых зубьев) будет точно соответствовать эвольвентному
профилю зуба фрезы. Колеса с другими числами зубьев из этого
же интервала будут нарезаться этой фрезой с некоторыми погреш-
ностями.
К недостаткам нарезания колес пальцевыми фрезами, кроме
указанных выше, следует отнести изменение формы режущей
кромки зубьев в результате переточек. ч
Дисковая и пальцевая модульные фрезы относятся к группе
фасонных фрез с затылованной формой зубьев. Профилирование
зубьев фрез производится методом аналитического нахождения
координат точек эвольвентных кривых профиля зубьев. Для фрез,
производящих черновую операцию по прорезке канавок между
зубьями колеса, профилирование осуществляется графическим,
приближенным методом.
Переднюю поверхность чистовых модульных фрез затачивают
с углом у = 0°, черновых — с углом у = 6 4- 8°. Задний угол ав
на вершине зуба затачивают равным 10—12°. Для боковых режу-
щих кромок задний угол определяется по формуле, что и для
фасонных фрез. Дисковые и пальцевые модульные фрезы зата-
чиваются шлифовальными кругами по передней поверхности.
§ 2.	Нарезание зубчатых колес
зубодолбежными головками
Метод зубодолбления головками (рис. VIII. 3) является одним
из наиболее производительных методов зубонарезания. Зубодол-
бежная головка представляет собой сборную конструкцию, состоя-
щую из корпуса 1 в виде диска и опорного фланца 2 с радиально
расположенными пазами, в которых помещаются резцы 5, имеющие
профиль, идентичный профилю между зубьями нарезаемого колеса.
Резцы нарезают все зубья цилиндрического колеса одновременно.
В процессе работы головка стоит неподвижно. Заготовка совер-
шает вертикальное возвратно-поступательное движение. В резуль-
213
тате опускания конуса подачи 4 резцы осуществляют радиальную
подачу, перемещаясь в пазах головки на величину 0,5 (в начале
врезания) до 0,06 мм/дв. ход (в конце врезания). На рис. VIII. 4
показана схема срезания слоев металла одним зубом зубодолбеж-
ной головки. При холостом дви-
жении заготовки резцы отводят-
ся от нее в радиальном направ-
лении на 0,5 мм. Отвод осуще-
Рис. VIII.5. Резец зубодолбежной
головки
Рис. VIII.4. Схема срезания слоев
металла зубодолбежной головкой
ствляется движением вверх конуса отвода 5 (см. рис. VIII. 3).
Головка работает со скоростью резания v = 7 4- 8 м/мин. На
рис. VIII. 5 изображен резец зубодолбежной головки.
§ 3.	Нарезание цилиндрических колес
червячными фрезами
Нарезание по методу обкатки цилиндрических прямозубых
и косозубых (винтовых) колес червячными фрезами производится
на зубофрезерных станках. Этот метод отличается высокой произ-
водительностью.
При нарезании прямозубых колес ось червячной фрезы уста-
навливают относительно плоскости, перпендикулярной к оси
214
детали, под углом <р, равным углу подъема винтовой линии фрезы
о на делительном цилиндре (рис. VIII. 6, а). При нарезании
косозубых колес ср = со ± о0, где о0 — угол наклона зубьев наре-
заемого колеса. Знак плюс берется при разноименном наклоне
зубьев фрезы и колеса, минус — при одноименном наклоне
(рис. VIII. 6,6).
При нарезании цилиндрического колеса червячной фрезой
происходит движение резания, делительное движение и движение
подачи. Движение резания, являющееся главным, создается вра-
щением фрезы. Скорость резания подсчитывается^ по формуле
nDen .
Р = Т6П6Г м/мин-
где De — наружный диаметр фрезы в мм; п — частота вращения
фрезы в об/мин.
Рис. VIII.6. Схема работы червячной Рис. VII 1.7. Критерий затупле-
модульной фрезы	ния зуборезных фрез
Делительное движение — это согласованные и непрерывные
вращения заготовки и фрезы. В процессе нарезания зубчатого
колеса червячная фреза и заготовка (нарезаемое колесо) нераз-
рывно связаны, в своем движении соответствующей настройкой
станка. Станок настраивают так, чтобы при однозаходной фрезе
за один оборот фрезы заготовка повернулась на один зуб. При
многозаходных фрезах заготовка за один оборот фрезы должна
повернуться на число зубьев, равное числу заходов фрезы.
Движение подачи при нарезании цилиндрических колес — это
поступательное движение фрезы вдоль оси нарезаемого колеса.
Подача $в исчисляется в миллиметрах на один оборот заготовки
и выбирается из нормативов по режимам резания в зависимости
от числа зубьев, требуемой шероховатости и точности обработки,
модуля нарезаемого колеса. Для винтовых (косозубых) колес
учитывается также влияние угла наклона зубьев колеса о0.
За критерий затупления для зуборезных фрез (дисковых и
червячных) принимают износ по задней поверхности (рис. VIII. 7).
Но необходимо иметь в виду, что износ по задней поверхности
215
неравномерный, наибольшей величины он достигает у уголков
зуба, поэтому эта величина и принимается за лимитирующий
износ. Допустимый износ для чистовых зуборезных фрез не дол-
жен превышать величины h3 = 0,2 ч- 0,4 мм, для черновых h3 =
— 0,8 ч- 1,2 мм. Время работы червячной фрезы до появления
принятого критерия затупления h3l есть стойкость Т в минутах,
которая является функцией скорости резания р, т. е. 7™' = —.
Период стойкости Т для червячных фрез выбирается в зависимости
от их модуля. Для средних значений модуля m = 4 ч- 8 мм при
обработке чугуна Т — 480 мин.
Закономерности, связывающие скорость резания с основными
параметрами (Г, тп, sB), выражают структурной формулой
mcy х	(VHI.l)
Т sBvtn v
где Cv — постоянный коэффициент, зависящий от обрабатывае-
мого материала; т' — показатель степени относительной стой-
кости; т — модуль нарезаемого колеса; $в — подача; Kv — попра-
вочный коэффициент на скорость, учитывающий все остальные
условия обработки.
Значения показателей степеней и коэффициентов выбираются
из справочников. Мощность, потребную для нарезания зубьев,
определяют согласно нормативам по режимам резания по формуле
N = CN IO"3 sBN mND'N zqN vKN кВт, (VIII.2)
где Cx — коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала;
$в — подача в мм/об заготовки; т — модуль; De — наружный
диаметр фрезы в мм; z — число зубьев нарезаемого колеса; и—ско-
рость резания в м/мин; — поправочный коэффициент.
Основное технологическое время подсчитывают по формуле
7’°=тй-2|'"га’	<VIII.3>
где I — длина обработки в направлении подачи в мм; — вели-
чина врезания и перебега инструмента в мм; i — числовпроходов;
п -- частота вращения фрезы в об/мин; к число заходов фрезы.
§ 4.	Червячные фрезы
Червячные модульные фрезы для нарезания цилиндрических
колес. Червячная модульная фреза представляет собой винт с про-
резанными продольными канавками, образующими режущие эле-
менты зубьев (рис. VIII. 8, а). Она относится к группе фрез с за-
тылованной формой зубьев. Для нарезания цилиндрических колес
наибольшее применение имеют червячные фрезы, у которых при
сечении зубьев плоскостью, перпендикулярной к оси, образуется
216
архимедова спираль, а в осевом сечении получается реечный тра-
пецеидальный профиль (рис. VIII. 8, а). На рис. VIII. 8, б дано
сечение зубьев фрезы нормальной плоскостью, перпендикулярной
к направлению витков.
Различают три типа червячных фрез: тип I — прецизионные
фрезы класса точности АА; тип II — цельные фрезы общего назна-
чения классов точности А, В и С; тип III — сборные фрезы общего
назначения классов А, В и С. Фрезы класса АА назначаются для
обработки зубчатых колес 7-й степени точности, класса А — для
зубчатых колес 8-й степени точности, класса В — для зубчатых
колес 9-й степени точности и класса С — для зубчатых колес
10-й степени точности.
Рис. VIII.8. Червячная модульная фреза:
De — наружный диаметр; Dt — делительный диаметр; d — диаметр отверстия; tn -—шаг
в нормальном сечении; Sn — толщина зуба в нормальном сечении; h — высота зуба;
— высота головки; h2 — высота ножки; L — длина фрезы; Но — глубина канавки;
а0 — угол профиля в нормальном сечении (он равен углу зацепления): (о — угол наклона
винтовой канавки; ав — задний угол на вершине зуба; у — передний угол
Конструктивные элементы червячной фрезы приведены на
рис. VIII. 8. Величина падения затылка к подсчитывается по фор-
муле
к = яРе.уав.(	(VIII.4)
где De — наружный диаметр фрезы в мм; z •— число зубьев фрезы;
ав — задний угол на вершине зуба.
Согласно ГОСТ 9324—60 установлены диаметры фрез общего
назначения с т = 1 4- 14 мм, Ье = 63 -ь 180 мм; для сборных фрез
с т — 10 4- 20 мм, De = 180 4- 250 мм. Для фрез прецизионных
установлены повышенные величины диаметров с т == 1 4-10 мм,
De = 70 4- 225 мм. Объясняется это тем, что на точность профи-
ля нарезаемого зуба непосредственное влияние оказывает угол
наклона винтовых канавок со. Наименьшее искажение профиля
наблюдается при угле со, приближающемся к нулю, и, наоборот,
с возрастанием угла со искажение профиля зуба увеличивается.
Угол же со при постоянном шаге tn зависит от диаметра делитель-
ного цилиндра Dt (также и от наружного De) и числа заходов
217
фрезы. Это видно из рис. VIII. 9, на котором представлена раз-
вертка делительного цилиндра на плоскость, так как
sina>=^.	(VIII.5)
Подставляя выражение нормального шага через модуль (tn =
= ran), окончательно получим
где I — число заходов червяка.
т
Sin СО = -=Г-
Рис. VIII. 10. Определе-
ние расчетного делитель-
ного диаметра:
Рис. VIII.9. Развертка делитель-
ного цилиндра червячной модуль-
ной фрезы
1 — расчетное сечение
Теоретический диаметр делительного цилиндра определяется
из выражения
Dt = De — 2h1.	(VIII.7)
При переточках с уменьшением наружного диаметра фрезы
De уменьшается также диаметр делительного цилиндра Dt, а сле-
довательно, изменяется угол подъема витков фрезы т и угол на-
клона продольных канавок со. Для уменьшения отклонений факти-
ческих размеров т и со от теоретических принимают измененный
расчетный диаметр Dtp для сечения, отстоящего от передней
поверхности зуба на 0,1—0,25 окружного шага (рис. VIII. 10):
^ = ^-2^-20*,	(VIII. 8)
где к — величина затылования в мм; о — коэффициент (по ГОСТ
9324—60 о = 0,15).
По значению расчетного диаметра Dtp определяются угол на-
клона продольной канавки, угол подъема витков фрезы и другие
величины.
Высота головки зуба hk и высота ножки Ла берутся равными
1,25 тп. Поэтому высота зуба
h =	(VIII.9)
218
Полная высота зуба Яо определяется из рис. VIII. 11:
H0 = k + h + hK + r^	(VIII.10)
Рис. VIII.11. Затылованная форма
зубьев червячной модульной фрезы
где к — величина затылования; h — высота профиля зуба; hK =
= 0,5 -5- 2,0 мм — удлинение зуба на выход шлифовального
круга при заточке; — 0,5 ч- 1,2 мм — радиус канавки.
Толщина зуба в нормальном сечении равна: для чистовых фрез
8п == *п ~~ Для черновых фрез Sn = tn — 5Д — А, где 8Д —
толщина зуба колеса по дуге делительной окружности, подсчи-
танная с учетом средней величины допуска; А — припуск на чисто-
вую обработку. Припуск по толщине зуба под чистовое фрезеро-
вание зубчатых колес выбирается в пределах А = 0,4 ч- 1,5 мм
для модулей т = 2 ч- 20 мм.
Шаг спирали продольных
канавок определяется из раз-
вертки делительного цилинд-
ра (см. рис. VIII. 9):
(Vin.ll)
Длина червячной модуль-
ной фрезы может быть опре-
делена расчетным методом с
учетом необходимости полно-
го и правильного профилиро-
вания зубьев нарезаемого
колеса и предварительного
вырезания металла из впадины без перегрузки крайних зубьев.
Практически же длина L червячных зуборезных фрез общего наз-
начения выбирается по ГОСТ 9324—60 и находится в пределах
70-225 мм для модулей 1—14. Геометрия фрезы характеризуется
передними и задними углами на вершине зуба и на боковых режу-
щих кромках (см. рис. VIII. 8, а). Задний угол ав на вершине
зуба берется равным 10—12°.
Задний угол «б для боковых режущих кромок рассматривается
в нормальных к ним сечениях и определяется по формуле
tg аб = tg ав sin а0,	(VIII.12)
где ав — задний угол на вершине зуба; а0 — угол зацепления.
Передний угол у для чистовых и прецизионных фрез берется
равным нулю; для черновых фрез у = 5 ч- 10°. Все размеры мо-
дульных червячных фрез (т = 1 ч- 20 мм) подбираются по ГОСТ
9324-60. При нарезании колес крупных размеров (т > 5 мм) при-
меняют червячные фрезы сборной конструкции со вставными
зубьями (рис. VIII. 12) и вставными гребенками из быстрорежу-
щей стали (рис. VIII. 13).
Для высокопроизводительного нарезания зубчатых колес при-
меняют фрезы, оснащенные пластинками из твердого сплава
219
Рис. VI11.12. Червячная модульная фреза с привинченными
ножами
Рис. VII 1.13. Червячная модульная фреза со вставными гребен-
ками
Рис. VIII. 14. Червячная модульная фреза, оснащенная пла-
стинками из твердого сплава
220
ВК8, ВК15 и др. (рис. VIII. 114). Эти фрезы относятся к группе
фрез с остроконечной формой зубьев, что дает увеличение заднего
угла для боковых режущих кромок и в связи с этим более высокую
стойкость. Фреза состоит из корпуса 7, комплекта зубьев 2. уста-
новочного кольца 5, гайки 4 комплекта зажимных эксцентриков
5 и комплекта прокладок 6. Для модулей тп = 2,0 4- 3,75 мм
зубья изготовлены целиком из твердого сплава, а для тп > 4 мм
пластины из твердого сплава напаивают на державки из стали
40Х. Для упрочнения режущей кромки на передней поверхности
затачивают фаску / == 0,3 4- 0,8 мм с отрицательным передним
углом уу = —3,0° для обработки стали и уу = 0° для чугуна (рис.
VIII. 15). Фрезы, оснащенные твердым сплавом при обработке
сталей 20, 45, 40Х и др., работают со скоростью от 200 до 300 м/мин;
при этом производительность по машинному времени повышается
в 3—4 раза (по сравнению с быстрорежущими фрезами). Геометри-
ческие параметры пластинки указаны в сечениях I—I и 77—.II.
Червячные фрезы для нарезания конических колес с криволи-
нейными зубьями. Конические колеса с криволинейными зубьями
можно нарезать специальными червячными фрезами, имеющими
коническую форму (рис. VIII. 16). Особенность этих фрез заклю-
чается в неодинаковой толщине зубьев по делительной прямой.
Закономерность изменения толщины фрезы показана на рис. VIII.
16, а. Только один (третий зуб имеет теоретическую толщину
— Остальные зубья фрезы, расположенные по обе стороны
от этого зуба, имеют увеличивающуюся толщину, как это показано
на кривой изменения 5Д на рис. VIII. 16, б. Такая коррекция тол-
щины зубьев фрезы по делительной прямой необходима для того,
чтобы нарезаемые этими фрезами конические колеса при взаимо-
действии не заклинивались и обеспечивалась нармальная их ра-
бота.
Червячные фрезы для нарезания червячных колес представ-
ляют собой копию червяка, который будет работать в сцеплении
221
с данным червячным колесом, т. е. у фрезы должны быть одина-
ковые с основным червяком модуль, делительный диаметр, число
заходов, исходный профильный угол и форма винтовой поверх-
ности. Наружный диаметр червячной фрезы De$ больше наружного
диаметра червяка De4 на величину С, где С — величина зазора
в червячной паре, т. е.
De* = De4 + C.	(VIII.13)
Различают два типа
цилиндрическую форму
червячных фрез: радиальные, имеющие
и работающие с радиальной подачей
Рис. VIII. 16. Червячная
фреза для нарезания ко-
нических колес с криво-
линейными зубьями:
а — конструкция фрезы;
б — схема изменения тол-
щины зубьев у фрезы;
1 — кривая изменения 8Д,
2 — делительная прямая

(рис. VIII. 17, а), и тангенциальные, имеющие заборную кониче-
скую часть и работающие с тангенциальной подачей вдоль оси
фрезы (рис. VIII. 17, б). Заборная часть Z3 тангенциальной фрезы
захватывает 2,5—3,0 осевых шага; назначение заборной части —
постепенное плавное врезание фрезы в заготовку.
Червячные фрезы с наружным диаметром De$ > 30 мм изготов-
ляют насадными, а диаметром De$ <30 мм — цельными.
Червячные шлицевые фрезы применяют для нарезания шлицев
на валах методом обкатки. Шлицевые фрезы по конструктивным
признакам разделяют на обычные и с «усиками». Шлицевые фрезы
работают по той же схеме (рис. VIII. 18), что и зуборезная червяч-
ная фреза. Различие заключается лишь в том, что на шлицефре-
зерных станках обрабатываемую заготовку 1 закрепляют гори-
зонтально, и поэтому в процессе резания осуществляется горизон-
тальная подача. Зубья фрезы, нарезающие шлицы с плоскими ра-
бочими поверхностями, имеют в нормальном сечении не прямо-
222
линейный трапецеидальный профиль, а криволинейный, очерчен-
ный по сложной кривой. Профилирование режущих зубьев произ-
водится на основании аналитических расчетов и графических
построений.
На рис. VIII. 19 показана червячная шлицевая фреза, зуб
который на вершине имеет два выступа («усика»); этими выступами
фреза вырезает углубления в нарезаемых шлицевых канавках.
Нарезание колес для зацепления М. Л. Новикова. Зубчатые
передачи М. Л. Новикова находят
Рис. VIII.17. Червячные фрезы для на-
резания червячных колес:
а — с радиальной подачей; б — с тангенци-
альной подачей
применение в таких областях,
как самолетостроение, мо-
торостроение, автомобиле-
строение и др. Передачи Но-
викова в сравнении с эволь-
вентными имеют ряд преиму-
ществ: 1) несущая способ-
Рис. VIII. 18. Схема нарезания
шлицев на валах червячной шли-
цевой фрезой:
1 — заготовка; 2 — шлицевая фреза
ность по контактным напряжениям может быть в несколько раз
больше, чем у эвольвентных; 2) меньшая чувствительность зацеп-
ления к неточностям изготовления; 3) меньший износ и меньшие
потери на трение и др.
Различают два основных типа зацеплений Новикова:
1. На одном колесе расположены зубья с выпуклым профилем,
а на втором — с вогнутым профилем (рис. VIII. 20, а).
2. На каждом из колес зубья имеют головки с выпуклым про-
филем, а ножки — с вогнутым профилем (рис. VIII. 20, б).
Колеса для зацепления Новикова нарезаются червячными
Фрезами на зуборезных станках. Применяемые червячные фрезы
по своим геометрическим и конструктивным параметрам мало
отличаются от фрез для нарезания эвольвентных колес (см. § 2).
223
S)	в)
Рис. VI11.19. Червячная шлицевая фреза с «усиками»:
а — общий вид; б — размеры зуба в нормальном сечении; в — размеры наре-
заемой детали
а)
Рис. VII.20. Передачи с зацеплением М. Л. Новикова:
1 — зубчатое колесо; <8 — фреза
224
Исходный контур инструмента профилируется по дугам окружно-
стей, радиусы которых определяются расчетным способом и выра-
Рис. VIII.21. Исходные контуры для профилирования инструмента:
а — для нарезания выпуклых зубьев; б — для нарезания вогнутых зубьев
жаются, как и все остальные размеры профиля, в долях нормаль-
ного модуля тп (рис. VIII. 21).
§ 5. Зубодолбление
Нарезание зубчатых колес долбяками обеспечивает более
высокую степень точности обработки (6—8) в сравнении с зубо-
фрезерованием, но уступает ему по производительности. Объяс-
няется это наличием в процессе зубодолбления потерь на холостые
ходы.
Рис. VIII.22. Схемы
установки и работы дол-
бяков:
а — прямозубого: 1 — дол-
бяк; 2 — заготовка; б — ко-
созубого по копиру при на-
резании косозубых колес:
1 — долбяк; 2 — штоссель;
3 — винтовая направляю-
щая; 4 — копир
Схема работы прямозубого долбяка приведена на рис. VIII.22.
Долбяк, закрепленный на штосселе станка, совершает возвратно-
поступательное и вращательное движения. Поступательное дви-
жение долбяка вниз является рабочим ходом; движение долбяка
вверх — холостым ходом. Заготовка, закрепленная на столе
станка, совершает вращательное движение вокруг своей оси.
225
Вращательное движение заготовки и долбяка является движе-
нием обкатки, которое происходит непрерывно. Станок настраи-
вается так, чтобы за время поворота долбяка на один зуб заготовка
тоже повернулась на один зуб, При нарезании зубчатого колеса
долбяком осуществляются движения радиальной и круговой по-
дач. Движение радиальной подачи — это движение врезания
долбяка в заготовку (мм^об заготовки). Движение круговой пода-
чи — это вращение долбяка. Круговая подача выражается длиной
дуги делительной окружности долбяка, на которую он поворачи-
вается за один двойной ход (мм/1 дв. ход).
Технологически допустимую подачу, обеспечивающую задан-
ную точность и шероховатость обработанной поверхности, выби-
рают в зависимости от материала детали, модуля нарезаемого
колеса и других факторов. Чтобы при обратном (холостом) ходе
не было трения о заготовку, стол с заготовкой несколько отводят
от долбяка, образуя зазор между нарезаемым зубом и долбя-
ком. Перед рабочим ходом они снова занимают исходное поло-
жение.
В результате движений обкатки получается эвольвентная
поверхность зуба как огибающая последовательных положений
режущей кромки долбяка. Для осуществления винтового движе-
ния резания при нарезании винтовых зубчатых колес долбяками
со спиральным зубом применяют винтовые копиры (рис. VIII.22, б)
которые насаживают на штоссель станка.
Процесс огибания при зубодолблении осложняет процесс
резания тем, что для каждого рабочего хода долбяка при образо-
вании впадины между зубьями стружка имеет фор^у, при которой
толщина срезаемого слоя переменная. Резание производится
в каждый данный момент различными участками режущей кромки,
которые отличаются и по форме, и по углам режущих элементов.
Стружка срезается очень сложной формы, поэтому сам процесс
резания получается несвободным.
Сложность формирования стружки при зубодолблении и опре-
делении элементов срезаемого слоя видны на рис. VIII.23, на
котором изображен процесс последовательного образования впа-
дины колеса. Для определения толщин срезаемого слоя необходимо
по чертежу йзмерить в рассматриваемых точках режущей кромки
расстояния между соседними контурами (аПр> ав и ал) и получен-
ные результаты разделить на масштабное число и на число рабочих
ходов (резов), сделанных для образования данной части контура.
Например, если масштабное число 50, а число резов 9, то числен-
ные значения апр, ав и ал надо разделить на 450. Основная масса
металла срезается вершиной и входной боковой стороной профиля
зуба долбяка. Наиболее толстый слой срезает вершина зуба.
Участки же боковой режущей кромки выходной стороны, примы-
кающие к вершине зуба, снимают чрезвычайно тонкие слои.
Штриховка на рис. VIII.23 дает представление о том, как посте-
пенно, по мере углубления канавки между зубьями нарезаемого
226
колеса, меняется толщина и форма срезаемого слоя у входной
и выходной сторон зуба долбяка и у его вершины.
Изложенный графический метод позволяет наглядно и с доста-
точной практической точностью определять форму и размеры среза-
емых слоев, снимаемых в различные моменты резания. При необ-
ходимости получения более точных результатов применяют анали-
тические методы определения толщины срезаемого слоя.
Глубина резания t при зубодолблении определяется в зависи-
мости от того, во сколько проходов нарезается зубчатое колесо.
Рис. VIII.23. Схема образования Стружки при зубодолб-
лении:
А — выходная сторона; В — входная сторона
За глубину резания t при работе в один проход принимают глубину
впадины зуба колеса. При нарезании зубчатого колеса в несколько
проходов глубину резания соответственно распределяют между
проходами. Технологически допустимую подачу $0 выбирают
исходя из заданной степени точности и требуемой шероховатости.
За критерий затупления долбяка принимают износ по задней
поверхности Л3 (см. рис. VIIL7)r величина износа /г3 при чистовом
зубодолблении не должна превышать 0,2—0,4 мм. Период
стойкости Т для долбяка выбирается в зависимости от значения
модуля тп.
Для средних значений модуля ш = 5 -г 8 мм период стойкости
Т == 240 мин.
227
Закономерности, связывающие скорость резания v с основными
параметрами резания (Г, $0, тп), выражаются структурной форму-
лой
м1мин’	(VIII.14)
Т
где Cv — коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала;
пг' — показатель степени относительной стойкости; $0 — круго-
вая подача; пг — модуль; Kv — поправочный коэффициент на
скорость, зависящий от условий обработки.
Потребная мощность подсчитывается по эмпирической формуле
N = CN10-isVoNmXNz9NvKN кВт,	(VIII.15)
где z — число зубьев нарезаемого колеса; и — скорость резания;
Kn — поправочный коэффициент на мощность, зависящий от усло-
вий обработки.
Основное технологическое время подсчитывается по формуле
m Tt/TlZ • * h
1 О =------ I H----:--- МИН
ns0 1 и$рад
(VIII.16)
где п — число двойных ходов в минуту; h — высота зуба; I —
число проходов долбяка (1, 2, 3), зависящее от формы кулачка;
$рад ~ радиальная подача.
§ 6. Долбяки
Различают два типа долбяков: прямозубые — для нарезания
цилиндрических прямозубых колес и косозубые — для нарезания
винтовых (косозубых) и шевронных колес. По методу крепления
Рис. VI 11.24. Зуборезные долбяки
долбяки делятся на насадные
(рис. VIII.24, а, б, в) и хвосто-
вые (рис. VIII.24, г). Насадные
долбяки по конструктивным
признакам делятся на диско-
вые (рис. VIII.24, а), чашечные
(рис. VII 1.24, б) и втулочные
(рис. VIII.24, в). Для нареза-
ния зубчатых колес с внутрен-
ним расположением зубьев при-
меняют насадные, втулочные и
хвостовые долбяки; для наре-
зания колес с внешним расположением зубьев — насадные
дисковые и чашечные.
Долбяки согласно ГОСТ 9323-60 изготовляют пяти типов и
трех классов точности.
Типы долбяков: I — дисковые прямозубые; II — дисковые
косозубые; III — чашечные прямозубые; IV — хвостовые прямо-
зубые и V — хвостовые косозубые.
228
Классы точности. АА — для колес 6-й степени точности;
А — для колес 7-й степени точности; В — для колес 8-й степени
точности.
Прямозубый долбяк представляет собой прямозубое зубчатое
колесо, снабженное передними
боковых сторонах зубьев.
У зуба долбяка различают
периферийную 1 и две боко-
вые режущие кромки 2
(рис. VIII.25, б). Долбяк рас-
сматривается как корриги-
рованное зубчатое колесо
(рис. VIII.25, а). Размеры
зубьев долбяка характери-
зуются' параметрами исход-
ного контура инструменталь-
ной рейки, расположенной
в плоскости II—II, отстоя-
и задними углами на вершинах и
щей от торцовой плоскости Рис. VIII.25. Конструкция и геометрия
/—I на расстоянии а. Раз-	прямозубого долбяка
меры инструментальной рей-
ки долбяка соответствуют размерам исходного контура зубчатой
рейки нарезаемого колеса.
Из треугольника трп (рис. VIII.26, а) определяют величину
радиального смещения (сдвига) исходного профиля;
(VIIL17)
x = atga,
С другой стороны, величина смещения может быть выражена
через модуль?
я = fyn,
где g — коэффициент смещения.
229
На основании данных уравнений можно написать
(VIII.18)
Согласно ГОСТ 9323-60 расстояние а = 4,5 4- 12,0 мм (для
долбяков с модулем т = 1 ч- 10 мм).
У долбяка, кроме исходной плоскости II и торцовой Z, рас-
сматривают плоскость /// (рис. VIII.26, в), до которой можно
производить его переточку по передней поверхности (при этом
переточенный долбяк не будет в работе подрезать зубья нарезае-
мого колеса). Эта плоскость III отстоит от исходной плоскости II
на расстоянии
=	(VIII.19)
где gmin —- минимальный коэффициент смещения, выбираемый из
условия, что нет подрезания.
При выборе числа зубьев долбяка стремятся выдержать соот-
ношение
йд = mz,
где йд — делительный диаметр долбяка; z — число зубьев долбяка.
Делительный диаметр (1Д выбирается в зависимости от модуля.
Диаметр De окружности выступов долбяка подсчитывают по фор-
муле
Dе = с?д -|-»	4~ 2с 4~ 2#,
где h' — высота головки зуба долбяка; с — радиальный зазор
между зубчатыми колесами; х — смещение исходного кон-
тура.
Выражая входящие в уравнение отдельные слагаемые через
модуль, получим
= тп (z 4-2/ + 2с' 4- 2g),	(VIII.20)
где / — коэффициент высоты головки зуба; с' — коэффициент
приращения головки зуба для получения радиального
зазора в зубчатой передаче; g — коэффициент смещения
исходного профиля.
Толщина зуба в торцовой плоскости долбяка 5д определяется
из рис. VIII.26, в, представляющего развертку сечения зуба по
делительному цилиндру
S'=5n4-2atgax,	(VIII.21)
где 5Д — толщина зуба в исходной плоскости; а — расстояние
между исходной и торцовой плоскостями; ах — угол
бокового зазора (tg ах = tg a tg а0).
После подстановки получим
^ = 7n(^ + 2|tgaoj,	(VIII.22)
\ 6»	у
где а0 — угол зацепления.
230
Если инструмент предназначен для предварительного нарезания
колес под последующую чистовую обработку (например, под
шлифование), то толщину зуба инструмента подсчитывают по
формуле
*$Д. чер =
где Д5д — припуск, выбираемый в зависимости от модуля.
Допуск на толщину зубьев инструмента выбирается в зависи-
мости от степени точности.
Для периферийной режущей кромки задний угол а
(рис. VIII.26, а) берется равным 69. Для боковых режущих кромок
задний угол аб рассматривается в плоскости NN, касательной к ос-
новному цилиндру.
Величина заднего угла для боковых режущих кромок опре-
деляется из формулы
tg аб = tg a sin а0,	(VIII.23)
где а — задний угол при вершине, а0 — угол зацепления.
Передний угол долбяка получается в результате конусной
заточки его передней поверхности. Для стандартных долбяков
передний угол на периферийной режущей кромке у = 5°. Передние
углы для боковых режущих кромок имеют переменное значение
и определяются по формуле
tgУх = tg у sin ах,	(VIII.24)
где у — передний угол на вершине; ах — угол давления для дан-
ной точки х боковой режущей кромки.
Угол давления ах для заданной точки х режущей кромки опре-
деляют из выражения
cosax = —,	(VIII.25)
гх
где г0 — радиус основной окружности; гх — радиус-вектор точки х.
Для нарезания косозубых и шевронных зубчатых колес при-
меняют косозубые долбяки, представляющие собой корригирован-
ные зубчатые колеса, снабженные необходимыми для резания
углами и имеющие направление зубьев, противоположное направ-
лению зубьев у нарезаемого колеса (рис. VIII.27, а). Для нареза-
ния шевронных колес применяют комплект, состоящий из двух
долбяков, из которых один правоходовой, другой — левоходовой.
Для косозубого долбяка исходными данными расчета являются
соотношения, связывающие шаг, модуль и угол профиля зуба
в нормальной и торцовой плоскостях. Эти соотношения определяют
из рис. VIII.27, б, представляющего собой профильное изображе-
ние зубьев долбяка в нормальной и торцовой плоскостях.
Из треугольника АВС имеем
*ю = —,	(VIII.26)
w cos со	'	'
231
где tт — шаг долбяка в торцовой плоскости; t — шаг в нормаль-
ной плоскости; ю — угол наклона зубьев долбяка.
Так как tm = птт и t = о, то, разделив обе части уравнения
на л, получим уравнение, связывающее значения модулей в тор-
цовой и нормальной плоскостях, а именно:
mT = -^-.	(VIII.27)
Из треугольников авс и а'Ъ'с' выводим уравнение для угла
профиля зуба в торцовой плоскости:
ab a'b' 1
tg а = 7- = -Г7-7- --.
° be b'c' cosco
Так как vA = tga0, то после подстановки получим
и С
(VIII.28)
Выведенные соотношения (VIII.26) — (VIII.28) являются
исходными для расчета косозубых долбяков.
6)
Рис. VIII.27. Конструкция и геометрия косозубого долбяка:
а — элементы долбяка’ б — определение исходных параметров; 1 — исходное сечение;
2 — нормальное сечение; з — вид с торца
При нарезании шевронных колес косозубые парные долбяки
устанавливают так, что их торцовые плоскости параллельны
торцовым плоскостям нарезаемого колеса. Долбяки имеют на
передней поверхности плоскую заточку. При рассмотрении раз-
вертки сечения зуба долбяка по делительному цилиндру
(рис. VIII.28, а)нетрудно убедиться в том, что углы резания для бо-
ковых режущих кромок в точках А и В имеют различное значение,
а именно: угол дд = 90° — со = 60°, а угол 6в = 90° + со = 120°,
232
Как в одном, так и в другом случае, углы 6а и 6в нерациональны
и не обеспечивают нормальной работы косозубого долбяка. Поэ-
тому для улучшения работы долбяка на передней поверхности
Рис. VIII.28. Углы косо-
зубого долбяка
его делают специальную подточку: одна сторона зуба несколько
притупляется (что упрочняет режущую кромку), а другая заостря-
ется (рис. VIII.28, б). В результате на обеих сторонах получаются
одинаковые углы резания 6 а = 6в = 84 4- 86°.
§ 7.	Нарезание зубчатых колес гребенками и резцами
Зуборезные гребенки применяют для нарезания зубчатых
колес наружного зацепления с прямыми, винтовыми и шеврон-
ными зубьями. Схема работы гребенки приведена на рис. VIII.29, а.
Заготовка совершает вращательное и поступательное движения,
а гребенка — возвратно-поступательное движение. При движении
гребенки вниз совершается рабочий ход, при движении вверх —
холостой.
Различают два вида зуборезных гребенок: прямозубые и
косозубые, которые делятся на черновые, чистовые
и шлифовочные. Зубчатые колеса, прошедшие обработку
последовательно черновой и чистовой гребенками, не шлифуют.
После обработки черновой и шлифовочной гребенками зубчатое
колесо шлифуют, для чего оставляют припуск.
На рис. VIII.29, б изображена прямозубая гребенка с плоской
заточкой передней поверхности (ус = 0°). Действительный перед-
ний угол (уд = 5 4- 6°) получается в результате установки гре-
бенки относительно заготовки (рис. VIII.29, а). В результате
такой установки получается также и задний угол ад. Если в нера-
бочем, статическом положении задний угол на вершине зуба гре-
бенки ас, то в рабочем положении задний угол ад = ас — а'.
Для боковых режущих кромок статический задний угол ао, лежа-
щий в нормальной плоскости N—N (рис. VIII.29, б), определяется
по формуле
tg cog = tg ас sin сс0.	(VIII.29)
233
Значения высоты зуба, высоты головки и ножки, а также угла
профиля зуба для черновой, чистовой и шлифовочной гребенок
определяются, исходя из геометрических построений.
6)
Рис. VIII.29. Зуборезная прямозубая гребенка:
а —- схема установки и работы; бив — геометрия и. конструкция; 1 — гребенка;
2 — заготовка
Рис. VIIL30. Схема наре-
зания шевронного колеса
гребенками
Наряду с гребенками, имеющими ус = 0°, применяют гребенки,
у которых передняя поверхность затачивается с углом ус = 4—5°.
Такие гребенки при установке не полу-
чают наклона относительно детали. Для
нарезания шевронных колес применяют
две косозубые гребенки, одна нарезает
одну ветвь шевронного колеса, а вто-
рая — другую. Зубья у гребенок имеют
наклон в разные стороны. На рис.
VIII.30 показана схема работы косозу-
бых гребенок 1 и 2 при нарезании шев-
ронного зубчатого колеса 3. Нарезае-
мое колесо имеет вращательное движе-
ние, а гребенки — возвратно-поступа-
тельное.
Передняя поверхность косозубой
гребенки располагается параллельно
торцу нарезаемого колеса. В процессе
резания косозубая гребенка (рис. VIII.30) совершает движение
под углом со, равным углу наклона винтовых зубьев колеса;
234
обычно этот угол берется равным 30°. Геометрическое и кон-
структивное оформление косозубой гребенки показано на
рис. VIII.31.	к
Конические зубчатые колеса	\ J
с прямыми зубьями нарезаются	к ^2^1 |
парными зубострогальными рез- • Ч------------]--? г
цами на зубострогальных станках
Рис. VIII.31. Косозубая зуборезная
гребенка
Рис. VIII.32. Схема нарезания
прямозубого конического колеса
резцами
по методу обкатки (рис. VIII.32). Сущность этого метода состоит
в том, что на станке воспроизводится зацепление нарезаемого
Рис. VIII.33. Зубострогальный резец
колеса с воображаемым колесом, боковые поверхности зубьев
которого образуются движением режущих кромок инструмента..
В процессе обработки резцы 5, расположенные на люльке 6г совер-
235
шают возвратно-поступательные перемещения и обрабатывают
каждый одну сторону зуба. При движении одного резца по направ-
лению к точке А второй резец перемещается в обратном направле-
нии. Люлька 6, в которой закреплены резцы, представляет собой
плоское производящее (воображаемое) колесо, а нарезаемое колесо 4
установлено так, что вершина его конуса А совпадает с центром
плоского колеса и поверхность его начального конуса 2 касается
поверхности начального конуса 1 плоского колеса. Люлька и за-
готовка вращаются вокруг своих осей 2 и 3, Эти два вращения
взаимосвязаны (кинематически) и приводят к качению начального
конуса заготовки по начальному конусу производящего колеса.
У резца (рис. VIII.33) режущая кромка затачивается с перед-
ним углом у = 20° и задним углом а = 0°. Положительное зна-
чение заднего угла а получается в работе в результате наклонного
закрепления резца в державке, при этом также уменьшается
передний угол у.
§ 8.	Зуботочение
Это новый способ зубонарезания, обеспечивающий более высо-
кую производительность в сравнении с другими методами. Обычно
методом зуботочения нарезают
Рис. VIII.34. Схема зуботочения
колеса под дальнейшую их обра-
ботку на шевинговальных стан-
ках. Метод зуботочения основан
на принципе работы зубчатой
пары со скрещивающимися осями
(рис. VIII.34), где ось 7 заготов-
ки и ось 2 инструмента располо-
жены под углом фск- В процессе
работы заготовка 3 и обкаточный
резец 4 вращаются вокруг своих
осей 1 и 2 со скоростями уи и у3,
создавая обкаточное движение и,
кроме того, обкаточный резец
совершает поступательное переме-
щение вдоль оси заготовки — это
движение подачи. При разложении скоростей уи и и3 получаются
составляющие v2 и направленные вдоль канавки нарезаемого
колеса в противоположные стороны. Разность этих скоростей
уо — v2 — vi — это скорость скольжения поверхностей зубьев од-
ного колеса (обкаточного резца) по поверхности зубьев другого
колеса (заготовки). В результате скорости у0 — v2 — происхо-
дит обработка поверхностей двух соседних зубьев режущими
кромками зуба в точках А и В, Стружка при резании сходит по
передней поверхности резца АВ, Обработка зуботочением ведется
на специальных станках.
Обкаточный резец представляет собой колесо, профиль зубьев
которого рассчитывается в зависимости от параметров обрабаты-
236
ваемого колеса. На рис. VIII.35 показан обкаточный резец, пред-
назначенный для нарезания колеса с винтовыми зубьями тп =
= 2,54, zK = 27 и углом р = 39°ЗГ со всеми его конструктивными
Рис. VIII.35. Чертеж обкаточного резца
и геометрическими параметрами. Так как по своей конструкции
обкаточный резец аналогичен долбяку, поэтому все сказанное
выше (см. § 6) о геометрии и о смещении исходного контура спра-
ведливо и для обкаточных резцов.
§ 9.	Шевингование
Шевингование — это процесс, применяемый для отделочной
обработки зубчатых колес, обеспечивающий 6—7-ю степень точ-
ности. Известно несколько методов шевингования цилиндрических
колес, но наибольшее распространение получило шевингование
при помощи дисковых шеверов (рис. VIII.36). Дисковый шевер
представляет собой колесо, на зубьях которого прорезаны канав-
ки параллельно торцам. Образующиеся в результате нарезания
канавок острые кромки на поверхности зуба шевера являются
его режущими кромками (рис. VIII.37). Припуск под шевингова-
ние берется в пределах 0,1—0,25 мм по толщине зуба.
Дисковый шевер и нарезаемое' колесо в работе представляют
собой зубчатую пару со скрещивающимися осями (рис. VIII.38).
Зубчатое колесо 2 закрепляют в центрах на столе станка, а шевер
1 — в шпинделе станка. Ось шевера наклонена относительно
оси колеса под углом 6 = 10 4- 15°. Получая вращение от шпин-
деля, шерер принудительно поворачивает колесо. В процессе
шевингования осуществляется нажим шевера на колесо с силой
200-250 кгс [1,96Л03 - 2,46 ЛО3 Н].
237
Вследствие скрещивания осей шевера и заготовки на поверх-
ностях зубьев происходит скольжение вдоль зуба, при этом режу-
щие кромки шевера соскабливают тонкие стружки с поверхности
зубьев заготовки. Пренебрегая относительно небольшим влиянием
1
Рис. VII 1.36. Дисковый шевер:
а — общий вид; б — конструктивные элементы; в — боковая поверхность зуба шевера;
1 — режущие кромки
скольжения зубьев в плоскости, перпендикулярной к направле-
нию зубьев, можно считать, что скорость бокового скольжения
вдоль зуба является скоростью резания при шевинговании.
Рассмотрим зависимости между скоростью резания v и окруж-
ной скоростью шевера иш.
Рис. VIII.37. Сечение зуба
шевера плоскостью, перпен-
дикулярной к направлению
витка:
1 — режущие кромки
Рис. VIII.38. Схема работы дис-
кового шевера:
1—1— ось шевера; 2—2 — ось заго-
товки
На рис. VIII.38 показаны начальные цилиндры шевера 7 и
заготовки 2- ОА и ОВ — векторы окружных скоростей соответ-
ственно шевера и заготовки; OF — линия соприкасающихся зубьев;
Ф и — углы наклона зубьев шевера и заготовки; 6 — угол между
осями шевера и заготовки (угол скрещивания).
238
V
Проекции окружных скоростей шевера и заготовки на линию,
перпендикулярную к линии соприкасающихся зубьев, должны
быть равны, т. е. АЕ = BF или ОА cos фх = OB cos ф2, откуда
ОВ = ОА
COS <jf>2
Скорость бокового скольжения
v = OF — ОЕ — OB sin <р2 — О A sin <р£.	(VIII.30)
Подставляя значение ОБ из предыдущего выражения, получим
= О А	sin ф2 - sin	= О A= v	(VI11.31)
\COS(pa Y T1/	COS (p2 mCOS(p2 V	7
Таким образом, скорость резания v при шевинговании пропор-
циональна окружной скорости шевера и синусу угла скрещивания
осей 9.
Рис. VIII.39. Мелкомодульный дисковый шевер
В примере на рис. VIIL38 направление зубьев шевера — пра-
вое, а заготовки — левое, и в этом случае 9'= ф2 — фх.
При одноименном направлении зубьев шевера и заготовки
9 = ф2 + фх.
(VIII.32)
Если у заготовки зубья прямые, т. е. ф2 = 0°, то 9 = фх и
v = sin 9 = рш sin фх.	(VIII.33)
Для того чтобы осуществить скрещивание осей шевера и наре-
заемого колеса, при шевинговании прямозубых колес применяют
косозубые шеверы, а при шевинговании косозубых колес — пря-
мозубые шеверы. Для уменьшения нагрузки, приходящейся на
один зуб шевера, число зубьев г выбирают максимально допусти-
мым.
Для косозубого шевера, так же как и для косозубого долбяка,
важными данными для расчета являются соотношения, связы-
239
вающие его шаг, модуль и угол профиля зуба в нормальной и тор-
цовой плоскостях:
, tg an . t	тп
tga = -2—: тТ ———.
& cos со ’	1 cos со ’	1 cos со
Затупившиеся дисковые шеверы шлифуют по профилю и на-
ружному диаметру; с каждой стороны зуба снимается слой 0,05—
0,08 мм. Шевер выдерживает в среднем 7—10 переточек.
На рис. VIII.39 изображен шевер, применяющийся для обра-
ботки колес с малым модулем (от 0,4 до 1,75 мм). Особенность
этих шеверов состоит в том, что у них вместо канавок на боковых
сторонах зуба прорезаны кольцевые канавки высотой Н. Шеверы,
как и вёе зуборезные инструменты, изготовляют из быстрорежущих
сталей Р12, Р9К10 и др., термически обработанных до твердости
HRC 62-64.
Глава IX
Нарезание и накатывание резьбы
Современными методами образования резьбы являются следую-
щие: 1) нарезание резьбы резцами, гребенками, фрезами, метчи-
ками, резцовыми и резьбонарезными головками; 2) шлифование
резьбы резьбошлифовальными кругами на специальных резьбо-
шлифовальных станках; 3) накатка наружной и внутренней резьб
накатными инструментами — роликами, плашками, головками
и раскатками. Выбор каждого из перечисленных методов образо-
вания резьбы делается в зависимости от вида резьбы и от наличия
соответствующего оборудования и инструмента, а также исходя из
требований и технических условий, которые предъявляются
к резьбе.
Нарезание представляет собой трудоемкий и напряженный про-
цесс деформирования и разрушения материалов в условиях несво-
бодного, стесненного резания. При срезании тонких слоев мате-
риала возникают большие пластические деформации, значитель-
ное упругое последействие и интенсивные адгезионные и диффу-
зионные явления. Все это может привести, в особенности при
резании жаропрочных и титановых сплавов, к разрушению режу-
щих кромок, поломке инструментов, срыву витков и потере точ-
ности профиля резьбы.
§ 1. Нарезание резьбы резцами, гребенками
и резцовыми головками
Резьбовые резцы применяют для нарезания наружной и внут-
ренней резьб различного профиля: прямоугольного, треуголь-
ного, трапецеидального. Нарезание резьбы однониточным резцом
обеспечивает наивысшую точность резьбы по шагу и по профилю
в сравнении с другими методами, за исключением резьбошлифо-
вания.
Применение резьбовых резцов, оснащенных твердым сплавом
(ВК6, ВК8), позволяет нарезать резьбу на стальных заготовках
и на заготовках из жаропрочных сплавов, обладающих высокой
твердостью (HRC 40—45).
241
Различают следующие типы резьбовых резцов и гребенок:
стержневые (рис. IX.1, а), круглые (рис. IX.1, б), призматические
(рис. IX.1, в). Резьбовые резцы бывают однониточные (рис. IX.1)
5)
Рис. IX.1. Резьбовые резцы и гребенки:
1 — резец; 2 — державка
и многониточные (рис. IX.4). Последние называются гребенками.
Нарезание резьбы резьбовым резцом производится в несколько
проходов по одной из схем, приведенных на рис. IX.2. На послед-
них проходах резец обычно перемещают в направлении, перпен-
РиС. IX.2. Схема нарезания резьбы резцами:
а — методом поперечной подачи;' б — методом комбинированной подачи; в — методом
подачи под углом
дикулярном к оси детали, — первая схема (рис. IX.2, а). Вторую
и третью схемы (рис. IX.2, бив) применяют при черновых прохо-
дах.
Резьбовой резец относительно оси заготовки устанавливают
по центру, а в плане — или под углом 90° к оси детали, или под
242
углом, соответствующим углу подъема резьбы. Резец под углом
90° к оси детали устанавливают при нарезании мелких резьб с ма-
лым углом подъема (о = 3 4- 4°, а под углом к оси детали (соответ-
ственно углу подъема резьбы) — при нарезании точных резьб
с углом (О > 3 ч- 4°.
У резьбового резца имеются две режущие кромки с углом при
вершине е (рис. IX.1). Главными секущими плоскостями резца
являются плоскости, перпендикулярные к проекциям режущих
кромок на основную плоскость. В этих плоскостях рассматри-
ваются углы ап сс2 и у2. Передние и задние углы резца в про-
цессе работы изменяют свою ве-
N?-ty личину. Это изменение особенно
Рис. IX.3. Резьбовые твердосплав-
ные резцы
Рис. IX.4. Гребенки:
а — стержневая} б — призматическая;
в — круглая
величина задних углов на обеих сторонах профиля делается раз-
личной (при движении резца налево сс2 больше ах на 3—5°). Резь-
бовые резцы затачивают с положительным углом у и с углом у = 0°.
Применение резца с положительным передним углом (у > 0°)
приводит к искажению профиля резца, поэтому профиль чистового
резца с у > 0° подвергают профильной коррекции.
Стержневые твердосплавные резцы. Для высокопроизводи-
тельного нарезания резьбы применяют резцы, оснащенные пластин-
ками из твердого сплава. В качестве примера может служить
резец, изображенный на рис. IX.3. Массивная головка резца поз-
воляет припаивать пластинки из твердого сплава больших разме-
ров, Немана обычные резцы.
При нарезании метрической резьбы чистовой резец имеет угол
е = 59°30'. Номинальный профиль метрической резьбы (е = 60°)
получается вследствие разваливания резьбы в процессе нарезания.
Применяя такие резцы, можно производить резание со скоростью
v == 60 ч- 200 м/мин (в зависимости от размеров нарезаемой резьбы
и материала заготовки).
243
Круглые резьбовые резцы (см. рис. IX.1, б)
нашли широкое применение, что объясняется простотой их из-
готовления и возможностью производить большое число пере-
точек.
Призматические резьбовые резцы (см. рис.
IX.1, в) применяют обычно для нарезания треугольной резьбы
с небольшим углом подъема витков.
Резьбовые гребенки (рис. IX.4) имеют широкое применение
наряду с резьбовыми резцами. Отличительная особенность их
состоит в том, что они совмещают несколько резьбовых резцов,
профиль которых соответствует профилю нарезаемой резьбы.
Первые два — три резца гребенки срезаются на угол ф = 25 ч-
ч- 30°, образуя заборную часть; остальные резцы образуют калиб-
рующую часть гребенки. Наличие заборной части у гребенки
ведет к распределению нагрузки в процессе работы между несколь-
кими зубьями, вследствие чего резьба нарезается с меньшим чис-
лом проходов.
При нарезании резьбы на револьверных станках и автоматах
наибольшее распространение получили круглые резьбовые гре-
бенки (рис. IX.4, в). Круглые резьбовые гребенки имеют две
разновидности: с витками, расположенными по винтовой линии,
и с витками, расположенными кольцеобразно. Первые гребенки
получили большее распространение, так как они обеспечивают
лучшие условия резания на боковых режущих кромках и, кроме
того, они проще в изготовлении. Но эти гребенки можно приме-
нять только в тех случаях, когда резьба на детали имеет небольшой
угол подъема.
При нарезании наружной правой резьбы применяют гребенки
с левой резьбой и, наоборот, при нарезании внутренней резьбы
наклон резьбы гребенки и детали совпадают. Так же, как и у резь-
бовых резцов у гребенок профиль резьбы отличается от профиля
нарезаемой резьбы. Поэтому профиль круглой винтовой гребенки
подвергается аналитической коррекции. У резьбовых резцов и
гребенок, как и у всех резьбонарезных инструментов, в процессе
резания износу подвергаются преимущественно задние поверх-
ности.
Для быстрорежущих и твердосплавных резьбовых резцов
при нарезании резьбы в заготовках из стали и жаропрочных спла-
вов допустимое значение износа по задней поверхности h3 не должно
превышать 0,4—0,6 мм.
Одним из основных условий качественного и точного нарезания
резьбы является применение при резании смазочно-охлаждающих
жидкостей. При нарезании резьб на стальных и латунных заго-
товках лучшей смазочно-охлаждающей жидкостью является смесь
растительного масла с кердсином и скипидаром. Такие же резуль-
таты дает и сульфофрезол.
Закономерности, связывающие скорость резания с основными
параметрами резания (Т> S, St) при нарезании метрической наруж-
244
ной резьбы по стальной заготовке быстрорежущими резцами,
выражаются формулой
с s,Jv
V'
v
(IX.l)
а потребная мощность — по формуле
N=CNd*N SVn vKn,
(IX.2)
где Cv, CN, yv, yu, xn, qv, Kv,	от свойств обрабатывае-
мого и инструментального материалов, а также условий обра-
ботки; S — шаг резьбы; st — подача вдоль стороны профиля на
один проход; d — диаметр резьбы; Т — период стойкости для
резцов из стали Р18 (Т = 60 мин).
а)	6)
Рис. IX.5. Схема работы резцовой головки:
а — наружное касание; б — внутреннее касание
Подсчет основного технологического времени ведется по фор-
муле
7'" = 4ri+4jri'	<1Х-3>
где I — длина резьбы; — перебег резца в начале и в конце
прохода (Zx = 5 4- 8); п — частота вращения заготовки; i — число
проходов; — частота вращения заготовки при обратном ходе
в минуту.
Резцовые головки широко применяют в промышленности.
Головки оснащаются твердосплавными вставными резцами и слу-
жат для нарезания внутренних и наружных резьб с крупным
шагом.
Головку с резцами, оснащенными пластинками из твердого
сплава, устанавливают на суппорте токарного станка. На суп-
порте устанавливают также и электродвигатель, от которого
головка получает вращение. Частота вращения головки дости-
гает 3000 об/мин. Суппорт вместе с головкой получает движение
подачи, перемещаясь вдоль оси детали за один ее оборот на один
шаг. Заготовку закрепляют в патроне станка, и она вращается
с частотой от 6 до 40 об/мин.
245
При нарезании наружной резьбы можно осуществить две схемы
касания детали и инструмента: внешнее касание (рис. IX.5, а) и
внутреннее касание (рис. IX.5, б). В обоих случаях центр враще-
ния головки 1 не совпадает с центром вращения нарезаемой заго-
товки 2. Диаметр головки оказывает значительное влияние на ее
производительность. Рекомендуется при нарезании резьбы по схеме
а)	s)
Рис. IX. 6. Четырехрезцовая головка, работающая по схеме внут-
реннего касания:
а — конструкция головки; б — вставной нож с напаянной пластинкой из твер-
дого сплава
внутреннего касания (рис. IX.5, б) диаметр головки делать рав-
ным 1,4—1,6 диаметра нарезаемой резьбы, по схеме внешнего
касания (рис. IX.5, а) диаметр головки рекомендуется делать по
возможности меньше. Из двух схем нарезания наружной резьбы
преимущественное применение имеет схема внутреннего касания.
Головка имеет вставные резцы, оснащенные твердым сплавом
(рис. IX.6, б). Четырехрезцовая головка для нарезания резьбы
по схеме внутреннего касания приведена на рис. IX.6, а.
Резьбовые головки работают со скоростью резания и = 200 4-
ч- 300 м/мин.
§ 2. Нарезание резьбы фрезами
Для фрезерования резьбы применяют следующие инструменты:
дисковые (рис. IX.7) и групповые фрезы (рис. IX.8). "Дисковые
резьбовые фрезы применяют преимущественно для нарезания
длинных резьб с крупным шагом. Установка и схема работы диско-
вой резьбовой фрезы показаны на рис. IX.7, б. Фрезу относительно
заготовки устанавливают таким образом, чтобы их оси 1 и 2 скре-
щивались под углом подъема витков нарезаемой резьбы со. Фреза
в процессе работы совершает вращательное движение, а нарезае-
мая деталь — одновременно вращательное вокруг своей оси и
поступательное вдоль оси в соответствии с шагом нарезаемой
резьбы.
246
При повороте на один оборот деталь переместится вдоль своей
оси на расстояние, равное шагу нарезаемой резьбы. Вследствие
наличия одновременно поступательного и вращательного движений
детали дисковая фреза выфрезеровывает на ней винтовую канавку
Рис. IX.7. Дисковая резьбовая фреза:
а — конструкция фрезы; б — схема установки и работы
с профилем, соответствующим профилю дисковой фрезы. Обра-
ботка ведется на специальных резьбофрезерных станках. Диско-
вые резьбовые фрезы для трапецеидальных резьб делаются обычно
с остроконечными зубьями, которые последовательно смещены
и одновременно перекрывают друг друга. Для контроля угла
Рис. IX.8. Гребенчатые (групповые) резьбовые фрезы:
а — насадная; б — хвостовая; 1 — правая фреза; 2 — левая фреза
профиля и ширины зуба дисковая фреза снабжается одним конт-
рольным зубом 1 (рис. IX.7, а).
Групповые (гребенчатые) резьбовые фрезы применяют для
нарезания коротких треугольных наружных и внутренних резьб.
Групповая фреза представляет собой дисковую гребенку с кольце-
вым или спиральным расположением зубьев (рис. IX.8). По наруж-
ному цилиндру прорезаны продольные канавки, число которых
247
выбирается в зависимости от диаметра фрезы. Угол подъема вин-
товых канавок со не превышает 5—10°. Профиль зуба фрезы дол-
жен соответствовать профилю нарезаемой резьбы. Длина режущей
части фрезы делается больше длины нарезаемой резьбы на две —
три нитки. Резьбовые групповые фрезы относятся к типу фрез
с затылованной формой зубьев. Задний угол а на вершине зуба
берется равным 8—10°, передний у = 0°.
Схема работы групповой фрезы показана на рис. IX.9, а,
фреза и деталь имеют вращательное движение; деталь вращается
в направлении стрелки &, а резьбовая фреза — в направлении
стрелки а. Кроме того, фреза совершает медленное поступатель-
ное перемещение вдоль оси по стрелке с (за один оборот детали
Рис. IX.9. Схемы рабо-
ты гребенчатой резьбо-
вой фрезы:
а — при нарезании внешней
резьбы; б — при нарезании
внутренней резьбы; 1 — фре-
за; 2 — заготовка
фреза перемещается на шаг резьбы) и поперечное перемещение на
высоту резьбы t в направлении стрелки d. Когда гребенка фрезы
врежется в заготовку на высоту резьбы Z, поперечное перемещение
ее автоматически выключается. В результате врезания на неко-
тором участке детали получается резьба с неполным профилем по
высоте. Чтобы исправить этот недостаток, заготовке дается до-
полнительное вращение на х/4 оборота, в течение которого проис-
ходит исправление профиля резьбы по высоте. Таким образом,
за время 1х/4 оборота заготовки нарезается резьба по всей ее
длине.
При нарезании внутренней резьбы (рис. IX.9, б) диаметр фрезы
делается примерно вдвое меньше внутреннего диаметра нарезае-
мой резьбы.
Главным движением в данных схемах (рис. IX.9, а и б) яв-
ляется вращательное движение фрезы. Скорость резания
л Dn ,
p = io6o м/мин’
где D — наружный диаметр фрезы; п — частота вращения фрезы
в минуту.
Закономерности, связывающие скорость резания с основными
248
параметрами резания (Z), 5, t, sz) при нарезании резьбы группо-
выми быстрорежущими фрезами, выражаются формулой
С DXv
» =	м/мин,	(IX.4)
Т sz
где sz — круговая подача на один зуб фрезы; S — шаг резьбы.
Подсчет основного технологического времени ведется по фор-
муле
rrj 1,15ЛС?	/tv
То = ----- мин,	(IX.5)
где d — наружный диаметр резьбы; $м — минутная круговая по-
дача инструмента.
Групповыми резьбовыми фрезами нарезают наряду с цилинд-
рической также и коническую резьбу, для чего применяют кони-
ческие гребенчатые резьбовые фрезы.
§ 3. Нарезание резьбы метчиками
Метчики применяют для нарезания внутренней резьбы. Раз-
личают следующие виды метчиков: ручные, машинно-ручные и ма-
шинные. Кроме того, в зависимости от назначения метчики бы-
вают: гаечные, плашечные и специальные.
Рис. IX. 10. Конструкция метчика:
1 — калибрующая часть; 2 — канавка; з — центр; 4 — зуб
Метчик представляет собой винт (рис. IX. 10) с прорезанными
канавками, образующими режущие кромки. Рабочая часть мет-
чика состоит из заборной /хикалибрующей/2 частей.
Заборная часть по длине содержит от 1х/2 до 5 ниток резьбы мет-
чика; она является режущей частью. Калибрующая часть 12
направляет метчик и зачищает резьбу, образованную режущей
частью метчика. Хвостовая часть 13 у ручных метчиков имеет форму
квадрата (рис. IX.10), а у машинных — форму цилиндра. Длину
заборной части определяют на основании рис. IX.11, а, па ко-
тором показано последовательное снятие стружки четырехзубым
метчиком, имеющим длину заборного конуса 1Х = 2,5 5, где S —
шаг резьбы. За один оборот метчик образует резьбу на высоте
ab = zaz, z — число канавок метчика; az — толщина стружки
в направлении, перпендикулярном к оси метчика. Полную же
резьбу с высотой t метчик нарезает за 2,5 оборота.
249
Длина заборного конуса определяется из треугольника АВС1
= Значение tg ср находим из треугольника abc;
tg ф =	Отношение у обозначим через тп3, тогда tg ср =
= zm3. После подстановки получим окончательное выражение
для длины заборной части:
(IX.6)
Z1 =—.
1 m3z
В уравнении (IX.6) коэффициент т3 характеризует тип л раз-
мер метчика, а также обрабатываемый материал; т3 изменяется
в пределах 0,003—0,05.
Рис. IX.И. Процесс среза-
ния стружки метчиком:
а — схема срезания; б — гео-
метрия зуба метчика
Калибрующая часть метчика 12 берется равной 6—12 S. Для
уменьшения трения, а также устранения заклинивания метчика
калибрующей части придается форма обратного конуса. Число
канавок у метчиков берется равным 3—5. Для различных обраба-
тываемых материалов передний и задний углы (рис. IX.И, б)
меняются в пределах у = 5 ~ 25° и а = 6 4- 12°.
Для нарезания точной резьбы применяют метчики со шлифован-
ным профилем, которые так же, как и стандартные метчики, зата-
чивают с положительным задним углом на заборной части; зубья,
расположенные на калибрующей части, подвергаются затылованию
по задней поверхности.
Толщина срезаемого слоя определяется из треугольника abc
(рис. IX.11, а):
ab = S tg (р = azz.
250
Из треугольника def
z COS ф *
После подстановки и преобразования получим
a = ysin(p,	(IX.7)
где S — шаг резьбы; z — число канавок метчика; ф — угол забор-
ной части метчика.
В процессе нарезания резьбы на метчик действуют силы, созда-
ющие момент, преодолеваемый станком. Крутящий момент под-
считывается по экспериментальной формуле
M = Cmdx™SVm кгс/мм (Н-м).	(IX.8)
Значения постоянных коэффициентов и показателей степеней,
входящих в формулы крутящего момента, выбирают в зависимости
от свойств обрабатываемого материала и условий обработки. Сни-
зить значение крутящего момента можно уменьшением z и увели-
чения углов ф и у.
Потребная мощность для метчиков определяется из выражения
N=CNdx”Sv"KN кВт.	(IX.9)
Закономерности, связывающие скорость резания v с основ-
ными параметрами резания (d0, Т, 5) при нарезании резьбы по
стали быстрорежущими машинными метчиками, выражаются
формулой
С dXv
V =	м/мин,	(IX.10)
где dQ — диаметр метчика; Т — период стойкости выбирается
в зависимости от диаметра dQ в пределах 60—90 мин; Kv — попра-
вочный коэффициент на скорость.
Основное технологическое время То подсчитывается для ма-
шинных метчиков по формуле (IX.3).
Машинно-ручные метчики (ГОСТ 3266—60) со шлифованным
профилем резьбы изготовляют из быстрорежущей стали и предназ-
начены для нарезания резьб всех размеров машинным способом и
вручную резьб с шагом до 3 мм включительно. Машинно-ручные
Метчики изготовляют двух видов: одинарные и комплектные.
Одинарные метчики могут иметь исполнение а для сквозных от-
верстий с длиной заборной части 1Х = 65 и исполнение б для глу-
хих отверстий с — 35. Комплектные метчики содержат в ком-
плекте два метчика, из которых один — черновой, другой — чи-
стовой.
На рис. IX. 12 показан машинно-ручной метчик для нарезания
резьбы свыше 5,5 мм. Для нарезания резьбы меньше 5,5 мм кон-
251
РиС. IX. 12. Машинно-ручной мет-
чик
струкция машинно-ручного метчика отличается лишь тем, что
у него хвостовик заканчивается наружным центром.
Гаечные метчики применяют для нарезания резьбы вручную и
на станках. Различают три типа гаечных метчиков: с прямым ко-
ротким хвостовиком, с прямым длинным хвостовиком и с изогну-
тым хвостовиком (рис. IX.13, а
и б).
Гаечные метчики с коротким
хвостовиком применяют для на-
резания метрической резьбы диа-
метром d = 2 4- 30 мм и шагом
S — 0,4 4- 3,5 мм.
Гаечные метчики с длинным
хвостовиком, ввиду их меныпей
прочности по сравнению с корот-
кими метчиками, применяют для
диаметра. В процессе нарезания
резьбы гайки постепенно нанизываются на длинный хвостовик
метчика, а поэтому для удаления нарезанных гаек приходится
периодически вынимать метчик из патрона.
Гаечные метчики с изогнутым хвостовиком (рис. IX. 13) при-
меняют на специальных гайкорезных станках-автоматах. Приме-
нение метчиков с изогнутым хвостовиком позволяет сократить
нарезания резьбы небольшого
Рис. IX. 13. Гаечные метчики
потерю времени, связанную с периодическим снятием нарезан-
ных гаек. В процессе работы нарезанные гайки непрерывно перед-
вигаются вдоль хвостовика, сходят с него и попадают в приемную
часть станка. Длина заборной части 1Х = 85, длина калибрующей
части l2 = L, где L — высота гайки.
Бесканавочные метчики в отличие от других не имеют сквоз-
ных канавок вдоль тела нарезанной части (рис. IX.14). Канавки
метчика наклонены к оси под углом со = 10°; длина канавок при-
мерно вдвое больше длины заборной части Калибрующая часть
метчика имеет обратную конусность 0,2 мм на 100 мм длины.
Бесканавочные метчики обладают большей прочностью, чем обыч-
ные метчику обеспечивают более высокое качество резьбы и поз-
252
Рис. IX. 14. Рабочая часть бес-
канавочного метчика
воляют производить большее число переточек. Такие метчики ре-
комендуется применять при нарезании коротких сквозных резьб
Ml,5—М8 с длиной резьбы до
1,5—2,0 диаметра.
Метчики с резьбой через шаг
(рис. IX.15), так же как и бес-
канавочные, рекомендуется при-
менять при нарезании коротких
сквозных резьб на деталях из
вязких материалов. На метчике с
резьбой через шаг число канавок
равно 3 для мелких диаметров
(до 3 мм) и 5 или 7 — для более
крупных. На рис. IX.15 показан четырехзубый метчик, у которого
одно из перьев не имеет вырезанных зубьев.
Преимуществом метчиков с резьбой через шаг является то, что
в процессе работы снижается трение, улучшается процесс струж-
5)
Рис. IX. 15. Метчик С резьбой через шаг:
а — общий вид’ б — расположение смещенных зубьев
кообразования, облегчается подвод жидкости, стружка лучше
размещается в канавке.
Метчик с винтовой канавкой >(рис. IX.16) применяют при на-
резании глубоких отверстий (более двух диаметров). При примене-
нии таких метчиков для нарезания глухой резьбы не наблюдается
Рис. IX. 16. Метчик с винтовой
канавкой
поломки инструмента, а стойкость значительно возрастает. Од-
новременно уменьшается величина крутящего момента в, процессе
резания. Направление винтовой канавки метчика должно быть
таким же, как и у нарезаемой резьбы (правая канавка для правой
резьбы, левая — для левой). Наиболее эффективными углами на-
клона канавок являются со = 40 4- 60°.
253
Раздвижные головки применяют для нарезания внутренней
резьбы радиально расположенными плоскими плашками. Головка
типа КБ (рис. IX. 17) предназначена для нарезания внутренней
резьбы от 36 до 130 мм. По окончании резания головка раскры-
вается, т. е. плашки 4t расположенные в головке 5, сдвигаются
Рис. IX. 17. СамооткрывающаяСя головка для нарезания
внутренних резьб
в радиальном направлении и выходят из резьбы. Выключение
происходит либо тогда, когда упорное кольцо 1 войдет в соприкос-
новение с торцом нарезаемой детали, либо специальной вилкой,
входящей в выточку на кольце 2. Головка закрывается (приводится
в рабочее положение) поворотом пальца 3 или обратным перемеще-
нием кольца 2. Механизм для открывания и закрывания головки
размещен в патроне 6.
§ 4. Плашки и резьбонарезные головки
Плашки применяют для нарезания наружных резьб. По конст-
руктивным признакам плашки разделяются на круглые, квадрат-
ные и шестигранные.
254
Круглые плашки (рис. IX. 18), имеющие наибольшее распро-
странение, применяют для нарезания за один проход наружной
резьбы диаметром, не превышающим 52 мм. Основными конструк-
тивными и геометрическими параметрами круглой плашки яв-
ляются: режущий зуб 7, вершина зуба 2, заборная часть 5, ка-
либрующая часть 4, выемка 5 под регулировочный винт, стружеч-
ное отверстие 6, Крепежное углубление 7, передняя поверхность S,
ширина пера Я, передний угол у, угол заборной части ф, задний
угол а (на заборной части плашки он затачивается на специаль-
ном станке). Угол заборной части ф берется равным 25°. Наруж-
ный диаметр круглой плашки делается следующих размеров:
16, 20, 25, 30, 38, 45, 55, 65, 75, 90 и 100 мм. Выбор наружного
60°
Рис. IX.18. Круглая плашка:
а — элементы плашки; б — изображение передних углов
диаметра зависит от диаметра нарезаемой резьбы, диаметра стру-
жечных отверстий и некоторых других факторов.
Важными параметрами круглой плашки являются расстояние
от наружной' окружности плашки до окружности стружечного
отверстия, диаметр стружечных отверстий d и диаметр окруж-
ности на которой расположены центры этих отверстий. Ве-
личины этих параметров определяются по специальным формулам.
По высоте плашка равна 8—10 ниткам. Стандартные плашки
изготовляют с передним углом у = 15°. Передний угол у у круг-
лой плашки не является постоянным вдоль режущей кромки
(рис. IX. 18, б). У вершины зуба 1 передний угол ух имеет большее
значение, чем передний угол у2 в точке 2.
Закономерности, связывающие скорости резания с основными
параметрами резания (d, Т, S) при нарезании резьбы по стали
круглыми плашками, выражаются формулой
С dXv
V =	м/мин,	(IX.11)
Т S v
255
где Cv — постоянный коэффициент; d — диаметр резьбы; Т —
период стойкости (для круглой плашки Т = 90 мин); S — шаг
резьбы; Kv — поправочный коэффициент на скорость. Основное
технологическое время TQ подсчитывается по формуле (IX.3).
Резьбонарезная головка, применяемая для нарезания наруж-
ной резьбы, представляет собой сборную конструкцию со встав-
ными режущими гребенками, которые по окончании работы авто-
2
6)
Рис. IX. 19. Схема установки и
работы резьбонарезной самоот-
крывающейся головки с круглы-
ми плашками
заготовка 5, закрепленная в
матически раскрываются и осво-
бождают обработанную деталь от
необходимости ее вывинчивания
из головки.
По конструктивным признакам
головки различают: с радиально
расположенными плоскими гре-
бенками, с тангенциально располо-
женными плоскими гребенками и
с круглыми гребенками. В нашей
промышленности преимуществен-
ное применение имеют головки
с круглыми гребенками, которые
могут быть вращающимися и не-
вращающимися.
На токарно-револьверных ав-
томатах применяют невращаю-
щиеся головки типа 1КИ19 и
1КИ25, принцип работы которых
показан на рис. IX.19, а, б. Резь-
бонарезную головку 1 неподвижно
закрепляют в - револьверной го-
ловке 2, которая совершает про-
дольное перемещение. Главное
вращательное движение совершает
шпиндель 4 станка. По окончании
работы гребенки 5 автоматически отходят от детали в радиальном
направлении (рис. IX.19, б).
Закономерности, связывающие скорость резания с основными
параметрами резания (d, Г, S) при нарезании резьбы по стали
головками со вставными гребенками из быстрорежущей стали, вы-
ражаются такой же формулой (IX.И), как и для круглых плашек.
Для изготовления всех видов резьбонарезного инструмента в на-
стоящее время используется быстрорежущая сталь Р6М5. Для
изготовления резьбовых плашек могут быть использованы также
инструментальные стали ХВГ и Р6МЗ.
Для повышения производительности и качества резьбы при ре-
зании резцами и метчиками используют специальные установки
для наведения низкочастотных и ультразвуковых колебаний на
режущий инструмент. Особое значение эти методы приобретают
при нарезании резьбы в высокопрочных и вязких материалах.
256
§ 5. Накатка резьбы
Кроме методов нарезания резьбы, широко применяют метод на-
катки плоскими накатными плашками, круглыми роликами и на-
катными головками. Накатывание осуществляется копированием
профиля накатного инструмента путем пластической деформации
металла. Процесс накатки резьбы обеспечивает, наряду с высокой
производительностью, высокую прочность и износостойкость резь-
бовых поверхностей. Накатку резьбы производят на заготовках
из сталей различных марок, цветных металлов (жаропрочных и
титановых сплавов, тантала, ниобия и др.). Одним из показателей
пригодности того или иного материала для накатывания на нем
Рис. IX.20. Накатные инструменты:
а — плоские накатные плашки} б ~ круглые накатные ролики
резьбы заданного профиля является относительное его удлинение:
при б 12% материал обычно хорошо накатывается. Процесс
накатки резьбы сопровождается смазкой. В качестве смазочных
веществ применяют различные эмульсии и масла.
Схема накатки резьбы плашками показана на рис. IX.20, а,
роликами — на рис. IX.20, б. Накатные плашки, как и накатные
ролики, изготовляют и применяют попарно. Более точную резьбу
(1 и 2-го классов) дают ролики. Плашки обеспечивают меньшую
точность (2 и 3-го классов), но они более производительны. Класс
чистоты накатанной резьбы \?7—\?8 по ГОСТ 2789—59. При нака-
тывании плашками одну из них закрепляют на станке неподвижно,
и по ней прокатывают обрабатываемую заготовку 1. Подвижная
плашка 2, получая поступательное движение, поворачивает за-
готовку.
Конструктивно плашки имеют простое оформление. Резьбовые
нитки у них делаются на рабочей поверхности под углом подъема
резьбы со детали на среднем диаметре. Плашка имеет заборную
часть (рис. IX.21) с углом наклона ф и глубиной захвата а. Па-
раметры плашки Z, ф и а выбираются в зависимости от обрабатывае-
мого материала (например, для стали 20 I = 20 мм, а = 0,4 мм,
Ф = 1°, а для стали 45 I = 18 мм, а — 0,6 мм, ф =* 2°).
257
У профиля резьбы плашек различают высоту головки hx =*
= 0,35 S и высоту ножки h2 = 0,325 5, где S — шаг резьбы.
У подвижной и неподвижной плашек резьба имеет наклон под одним
и тем же углом со, но направление резьбы разное. Обязательное
условие нормальной накатки резьбы — точное совпадение начала
ниток на обеих плашках.
Рис. IX.21. Заборная
часть накатной плашки
Плоские накатные плашки изготовляют из высокохромистой
легированной стали Х12АФ или 9ХС с термической обработкой
на твердость HRC 58—60.
Накатку резьбы роликами производят на специальных стан-
ках, обеспечивающих одновременное вращение двух роликов 2
в одну сторону; заготовку 1 при этом помещают между роликами,
и она соприкасается с упором 3 (рис. IX.20, б). Направление резь-
бы на роликах противоположно направлению резьбы на детали.
6) .
Рис. IX.22. Раскатник для внутренней резьбы:
а — конструкция; б — метод6 работы
При выборе диаметра накатных роликов имеют в виду улучше-
ние процесса накатки с увеличением диаметра роликов. Чтобы
обеспечить одинаковый угол подъема резьбы со на ролике и на де-
тали, резьбу выполняют многозаходной, при этом число заходов
определяется по формуле
" =	(IX.12)
где Дср и dcp — средний диаметр соответственно ролика и резьбы.
У ролика различают два значения среднего диаметра: теорети-
ческий средний диаметр Дср и средний диаметр нового ролика
Дср, который больше теоретического на величину АД. Это допол-
нительная величина на износ и перешлифование резьбы в процессе
эксплуатации, она выбирается в зависимости от диаметра детали
и колеблется в пределах 1,5—2,5 мм.
258
Ширина роликов берется больше ширины детали
В = 1 + 5 мм,	(IX.13)
где I — длина детали.
Профиль резьбы ролика характеризуется высотой головки h±
и высотой ножки Л2-
Накатные ролики изготовляют из стали Х12АФ, термически
обработанной на твердость HRC 58—60.
Резьбовые раскатники (рис. IX.22) применяют для раскатки
(выдавливания) внутренней резьбы в предварительно просверлен-
ных отверстиях. Раскатник имеет форму метчика, снабженного
вместо режущих граней тремя лысками или перьями специальной
формы. В процессе работы инструмент-раскатник совершает вра-
щательное движение вокруг своей оси и получает принудительную
подачу вдоль оси. Раскатник производит не резание, а деформиро-
вание металла.
Глава X
Абразивная обработка
Абразивные методы обработки занимают важное место в со-
временной технологии машиностроения и приборостроения. Абра-
зивная обработка широко используется в авиационной и авто-
мобильной промышленности, при изготовлении подшипников, в
инструментальном производстве, радиоэлектронике, часовом про-
изводстве и многих других отраслях, особенно точного машиност-
роения и приборостроения. Абразивная обработка также широко
Рис. Х.1. Схема работы абразивных зерен в зависимости от
соотношения толщины среза а и радиуса округления р:
а — скольжение зерна по обрабатываемой поверхности (а < р);
б — смятие (пластическое оттеснение), обрабатываемого материала (а < р);
в — резание (царапание) (а > р)
применяется на металлургических заводах для обдирки слитков
и поковок. Обработка резанием большой группы современных ма-
териалов (твердые сплавы, керамика, ферриты, ситаллы, германий,
кремний и др.), а также чистовая обработка тугоплавких сплавов
и других труднообрабатываемых материалов возможна практи-
чески только абразивным и алмазным инструментами.
Развитие науки и техники непрерывно повышает требования
к точности, надежности и долговечности машин и приборов. Это
приводит к еще более широкому применению абразивных способов
обработки. Отделочные способы абразивной обработки обеспечи-
вают наивысшую точность (до 1-го класса) и высокое качество по-
верхностного слоя (до 14-го класса).
Область применения абразивных способов обработки широка:
в литейных, сварочных и заготовительных цехах — для очистки
260
отливок, обдирки поковок, зачистки сварных швов, разрезки
очень твердых материалов и др.; при заточке и доводке лезвийных
режущих инструментов; в механических цехах — для чистовой
и отделочной обработки плоских и фасонных поверхностей деталей
(шлифование, хонингование, полирование, доводка и др.).
В абразивных методах обработки зерна абразива своими вер-
шинами радиусом р при движении относительно обрабатываемой
поверхности могут производить резание — царапание, а также
упруго-пластическое деформирование (рис. Х.1).
§ 1.	Абразивные инструменты и их характеристики
Под абразивами понимаются материалы естественного или ис-
кусственного происхождения, зерна которых обладают высокой
твердостью и способностью резания (царапания). Абразивные
инструменты могут быть изготовлены со связанными зернами (шли-
фовальные круги, головки, сегменты, бруски, шкурки) и в виде
несвязанных, свободных зерен (пасты, суспензии, порошки). Абра-
зивные инструменты характеризуются материалом зерен и их ве-
личиной, видом связки, твердостью, структурой, формой и разме-
рами.
Алмазные круги и бруски дополнительно характеризуются
концентрацией и маркой алмазов.
Абразивные материалы делятся на искусственные (синтети-
ческие) и естественные (природные). В промышленности для изго-
товления абразивных инструментов используются главным обра-
зом искусственные абразивные материалы: электрокорунд, кар-
бид кремния, карбид бора, синтетические алмазы, кубический нит-
рид бора (эльбор).
Электрокорунд. Подавляющая часть (около 80%)
абразивного инструмента изготовляется из электрокорунда, кото-
рый получают путем плавки глинозема в электрических печах.
Основная составляющая электрокорунда — кристаллическая окись
алюминия. В зависимости от содержания А12О3 и примесей элект-
рокорунд имеет различные цвет, структуру и свойства. Микро-
твердость его 1800—2400 кгс/мм2 (0,176—0,235 ГПа), плотность
3,93—4,01 г/см3 (3,93—4,01 • 103 кг/м3). Существует несколько раз-
новидностей электрокорунда: Э — электрокорунд нормальный (91 —
96% А12О3); ЭБ — электрокорунд белый (97—99% А12О3), элект-
рокорунд хромистый ЭХ, электрокорунд титанистый ЭТ и моноко-
рунд М, зерна которого представляют собой отдельные кристаллы
и имеют большое число режущих граней. Прочные зерна хро-
мистого и титанистого электрокорунда, а также монокорунда
имеют более высокие режущие свойства, чем Э и ЭБ.
Карбид кремния SiC — химическое соединение крем-
ния с углеродом, получается при плавке кварцевого песка и кокса.
Зерна SiC имеют более высокую твердость, чем электрокорунд.
Применяются две разновидности карбида кремния: черный КЧ
261
(95—97% SiC) и зеленый КЗ (98—99% SiC). Недостаток карбида
кремния — высокая хрупкость и малая прочность. Поэтому для
обработки сталей он непригоден. Карбид кремния применяется
при абразивной обработке хрупких материалов: чугунов, брон-
зы, титановых и тугоплавких сплавов, металло- и минералоке-
рамики.
Карбид бора В4С — химическое соединение бора с угле-
родом, получают плавлением борной кислоты с нефтяным коксом.
Карбид бора имеет высокую твердость, большую хрупкость и при-
меняется в виде порошков для доводочных процессов и при ультра-
звуковой обработке хрупких материалов.
Синтетические алмазы АС получают в виде мел-
ких кристаллов размером обычно не более 1,0 мм. Синтез алмазов
происходит в результате воздействия на графит высоких давлений
(до 1,7-10б кгс/см2, или 16,7 ГПа) и высоких температур (до
2500° С) [15]. В присутствии металлического катализатора происхо-
дит перекристаллизация углерода из гексагональной структуры
графита в кубическую алмаза. Синтетические алмазы в зависимости
от прочности делятся на пять марок, низкой прочности — АСО,
повышенной прочности — АСР, высокой прочности — АСВ, мо-
нокристальные АСК и АСС.
Кубический нитрид бора (КНБ, боразон или
эльбор) состоит из 44% бора и 56% азота; твердость его уступает
лишь алмазу, а теплостойкость в 2 раза выше. Круги из эльбора
наиболее эффективны при чистовом шлифовании, заточке и до-
водке инструментов из быстрорежущих сталей повышенной про-
изводительности (высокованадиевых и кобальтовых).
К естественным материалам относятся кварц (кремнезем SiO2),
наждак, корунд и алмаз. Природные абразивные материалы, за
исключением алмаза, имеют низкие режущие свойства и для абра-
зивной обработки металлов почти не применяются.
Природный алмазА — минерал, состоящий из кри-
сталлического углерода. Природные технические алмазы содержат
небольшие примеси окислов алюминия, железа, кальция, кремния,
марганца, которые придают им различный цвет. Атомы углерода
в кристаллической решетке алмаза очень прочно связаны, что
обеспечивает высокую твердость и износостойкость. Твердость
алмаза по шкале Мооса равна 10, микротвердость — 10 060 кгс/мм2
(98,2 ГПа), модуль упругости 9 • 104 кгс/мм2 (880 ГПа), плотность
3,52 г/см3. Вследствие высокой твердости, большой теплопро-
водности (в 5 раз выше, чем твердого сплава Т15К6, и в 10 раз
выше, чем карбида кремния) и малому коэффициенту трения на-
туральные алмазы (марок AM и АН) обладают высокими режущими
свойствами, особенно при обработке очень твердых неметалличе-
ских материалов. Недостатки алмазов: высокая хрупкость [проч-
ность на изгиб 30 кгс/мм2 (294 МПа)], большая способность к адге-
зии с титаном, сталью и другими металлами, сравнительно низкая
теплостойкость (800—900° С).
262
Натуральные технические алмазы применяют преимущественно
для изготовления алмазных резцов, наконечников к приборам,
фильер для волочения, для правки шлифовальных кругов.
Зернистость абразивных материалов.
Абразивные материалы подвергаются дроблению, обогащению и
классификации на зернистость. Согласно ГОСТ 3647—71 по круп-
ности они делятся на три группы: шлифовальные зерна от № 200
до 16 (имеют зерна основной фракции размером от 2000 до 160 мкм);
шлифовальные порошки от № 12 до 3 — зерна от 125 до 28 мкм;
микропорошки от М40 до М5 (зерна от 40 до 3 мкм).
Сортировка зерен от № 200 до 3 производится просеиванием
через сита и зернистость определяется размером стороны ячейки
сита (в сотых долях миллиметра). Например, зерно № 16 просеи-
вается через сито с размером ячейки 0,16 мм и остается на сите
с размером ячейки 0,12 мм. Размеры зерен микропорошков опре-
деляются микроскопическим методом измерения или фотоэлектри-
ческим — по скорости осаждения зерен.
Алмазные зерна (по ГОСТ 9206—70) делятся на две группы:
шлифпорошки, получаемые путем рассева на ситах с контролем
зернистости ситовым методом (12 зернистостей от 630/500 до 50/40);
микропорошки, получаемые путем классификации в жидкости и
контролем размера зерен под микроскопом (И зернистостей от
60/40 до 1/0). Зернистость алмазов обозначается дробью, в которой
числитель соответствует наибольшему, а знаменатель — наимень-
шему размеру зерен основной фракции.
В СССР освоено промышленное производство алмазных суб-
микропорошков, т. е. порошков с размером зерен 0,7; 0,5; 0,3 и
0,1 мкм. При помощи паст на основе субмикропорошков получают
минимальную высоту неровностей и незначительную толщину
дефектного слоя.
Связующие вещества (связки). Свойства свя-
зок оказывают большое влияние на эффективность работы абра-
зивных зерен. Применяют связки трех видов: неорганические, орга-
нические и металлические. К неорганическим связкам относятся
керамическая, магнезиальная и силикатная. Наиболее распро-
странена керамическая связка К, из которой изготовляют более
50% всего абразивного инструмента. В ее состав входят огнеупор-
ная глина, полевой шпат, тальк и др. Инструменты, изготовленные
на керамической связке, теплостойки, прочны, обладают химиче-
ской стойкостью и не боятся влаги. Их недостаток — большая
хрупкость.
Органические связки — бакелитовая Б, глифталиевая Г и
вулканитовая В. Бакелитовая связка, наиболее распространенная
среди органических связок, изготовляется из фенолформальде-
гидной смолы. Инструмент на бакелитовой связке прочен, эласти-
чен и допускает большие окружные скорости. Однако его химиче-
ская и тепловая стойкости невысокие. Глифталевая связка состоит
из глицерина и фталиевого ангидрида. Круги на глифталевой
263
связке имеют повышенную упругость и применяются на чистовых
и доводочных работах. Вулканитовая связка состоит из каучука
и серы, обладает высокой прочностью и эластичностью. На вулка-
нитовой связке можно изготовить очень тонкие круги (0,5 мм)
с относительно большим диаметром (150 мм). Инструмент на этой
связке применяется для отрезных и прорезных операций, а также
при бесцентровом шлифовании.
Металлические связки, состоящие из металлической основы
(порошки меди, олова, алюминия и др.) и наполнителя, применяют
в алмазных кругах и частично в кругах из карбида кремния для
электроалмазного шлифования. Металлические связки МИ и МК
на медной основе имеют напол-
Таблица Х.1 нитель карбид кремния и элек- ттт	трокорунд, связка М5 с основой Шкала твердости	л абразивных инструментов	алюминия и меди, связка Ml с основой из мели и олова. Метал-			
Класс твердости	Обоз- наче- ние	Степени твердости	лические связки прочнее удер- живают зерна и обеспечивают более эффективное использова- ние режущих свойств алмазов, чем органические связки. Твердость абразивных ин- струментов. Важной характери- стикой абразивного инструмен- та является его твердость. Под твердостью абразивного инстру- мента понимается сопротивляе- мость связки вырыванию абра-
Мягкий .... Среднемягкий Средний .... Среднетвердый Твердый .... Весьма твердый Чрезвычайно твердый . . .	М СМ с ст т ВТ ЧТ	Ml, М2, М3 СМ1, СМ2 Cl, С2 СТ1, СТ2, СТЗ Tl, Т2 ВТ1, ВТ2 ЧТ1, ЧТ2	
			
зивных зерен под действием внешних сил. В СССР установ-
лено семь классов твердости (табл. Х.1). Обозначения степе-
ней твердости в каждом классе идут в возрастающем порядке.
Определение и контроль твердости абразивных инструментов про-
изводятся по глубине лунки, получаемой на специальных при-
борах: пескоструйном, Роквелла и ТКН (твердомер конусный).
В инструментах класса А равномерность твердости находится
в пределах одной степени, а для класса Б — в пределах двух сте-
пеней.
При выборе твердости абразивных инструментов учитывают
физико-механические свойства обрабатываемого материала, требо-
вания к точности и качеству поверхности.
Структура абразивного инструмента. Под структурой абразив-
ного инструмента понимают процентное соотношение объемов зе-
рен 73, связки Vc и пор Vn (V3 + Vc + Vn = 100%). Различают
четыре группы структур абразивных инструментов (рис. Х.2):
а) плотные (№ 0—3); б) среднеплотные (№ 4—6); в) открытые
(№ 7—12); г) высокопористые (№ 13—18). Нулевая структура
имеет минимальное расстояние между зернами и наибольший объем
их (Р3 = 62%). При повышении номера структуры на единицу,
264
объем абразивных зерен V3 уменьшается на 2%. У высокопористых
кругов объем пор может достигать 75% объема круга и величина
пор часто превышает размеры зерен, из которого они изготовлены.
Высокая пористость придает инструментам более легкий вес, луч-
шие условия охлаждения зерен и отвода стружки. Однако такие
круги менее прочны и хуже сохраняют размер и форму.
Выбор структуры абразивного инструмента зависит от его
назначения, свойств обрабатываемого материала и других условий
обработки. Инструменты с плотной структурой применяются
главным образом для доводочных работ и в тех случаях, когда
надо дольше сохранить его профиль. Наиболее часто применяют ин-
струменты среднеплотной структуры. Открытые и высокопористые
круги применяют при абразивной обработке очень вязких метал-
лов, работе без охлаждения и при обработке металлов, склонных
к появлению прижогов.
Рис. Х.2. Структуры абразивных инструментов:
а — плотная; б — среднеплотная; в — открытая; г — высокопористая
Под концентрацией алмазов понимают содержание алмазных
зерен в единице объема алмазоносного слоя. За 100%-ную кон-
центрацию алмазов принято содержание 0,878 мг алмазных зерен
в 1 мм3 (или 4,39 карата в 1 см3) алмазоносного слоя. Алмазные
инструменты изготовляют с концентрацией алмазов 25; 50; 100
и 150%.
Типаж абразивных инструментов. Применяемые для абразивной
обработки цельные и составные инструменты в зависимости от
формы делятся на четыре группы: шлифовальные круги, головки,
сегменты и бруски. Наша промышленность выпускает 736 стан-
дартных типоразмеров абразивных инструментов. Стандартом пре-
дусмотрен выпуск 22 форм шлифовальных кругов диаметром
3—1060 мм. В табл. Х.2 приведены наиболее распространенные
формы абразивных и алмазных инструментов.
В кругах прямого профиля, а также в головках и брусках ра-
бочей поверхностью является периферийная, а в чашечных и
тарельчатых — торцовая часть. Круги типа Д (диски) и АОК при-
меняются для выполнения отрезных и прорезных работ и шлифова-
ния глубоких узких пазов.
265
Таблица Х.2
Формы абразивных инструментов
Абразивный
Алмазный
Разновидности
Эскиз сечения
Обоз-
наче-
ние
Эскиз сечения
Обоз-
наче-
ние
Плоские пря-
мого профиля
Плоские с вы-
точкой
Диски
Тарелки
Чашки ци-
линдрические
Чашки кони-
ческие
Головки ци-
линдрические
Бруски хонин-
говальные
ПП
ПВ
Д
Т
ЧЦ
ЧК
ГЦ
БХ
Алмазные инструменты, в отличие от абразивных, выполня-
ются не сплошными: они имеют алмазоносный слой толщиной
обычно не более 3 мм, закрепленный на металлическом корпусе.
Распространенным абразивным инструментом является шлифо-
вальная шкурка Ш, имеющая один или два слоя абразивных зе-
рен, приклеенных к гибкой основе. Гибкость шкурки и небольшая
толщина позволяют применять ее для обработки фасонных поверх-
ностей, труднодоступных мест и т. п.
Маркировка абразивных инструментов. При маркировке абра-
зивных инструментов в определенном порядке указываются все
его характеристики: материал абразивных зерен, зернистость,
твердость, вид связки, номер структуры, класс инструмента,
форма и размеры круга, допустимая окружная скорость. Напри-
мер: ЭХ40С2К5А; ПП200х16х32; 35 м/с; электрокорунд хро-
мистый, зернистость № 40, твердость С2, связка керамическая,
структура № 5 класс А, круг формы ПП, наружный диаметр
266
200 мм, ширина 16 мм, диаметр отверстия 32 мм, окружная ско-
рость не более 35 м/с.
При маркировке алмазных кругов указывается марка алмазов
и зернистость, их концентрация, тип связки, форма и размеры
круга, номер круга, завод-изготовитель. Например: АСВ 125/100
100% MI, АПП 150 х 10 хЗ х32, № 10 275 ТЗАИ - алмаз
синтетический марки АСВ, шлифпорошок с размером зерен основ-
ной фракции от 100 до 125 мкм, концентрация алмазов 100%, связ-
ка металлическая марки MI, круг формы АПП с наружным диа-
метром 150 мм, шириной 10 мм, толщиной алмазоносного слоя
Змм, диаметр отверстия 32 мм, номер круга 10275, Томилинский
завод алмазного инструмента.
§ 2.	Виды шлифования
Шлифование — снятие припуска кругами, наиболее широко
применяемая разновидность абразивной обработки, обеспечиваю-
щая шероховатость в пределах 7—9-го классов и точность до
1—-2-го классов.
Главным движением при всех видах шлифования является
окружная скорость круга ик, измеряемая в м/с:
к 60 • 1000 ’
где -DK ~~ диаметр шлифовального круга в мм; ик — частота вра-
щения круга в об/мин. Подачи при шлифовании могут быть раз-
личными в зависимости от вида шлифования. Например, при на-
ружном круглом шлифовании различают окружную скорость де-
л£>дпд
тали ид = (иногда называемую круговой подачей), про-
дольную подачу 5, часто выражаемую в долях ширины круга В
(s — 8ДВ, мм/об детали, где $д —• долевая подача), и поперечную
подачу $пп, которая при круглом шлифовании численно равна
глубине резания t.
Основные виды шлифования: 1) наружное круглое шлифование
в центрах; 2) внутреннее шлифование; 3) бесцентровое шлифова-
ние — наружное и внутреннее; 4) плоское шлифование; 5) спе-
циальные виды шлифования (зубошлифование, резьбошлифование
и др.). Многие виды шлифования имеют несколько разновидностей.
Круглое шлифование в центрах применяется для обработки
наружных цилиндрических, конических и фасонных поверхностей.
Имеется три разновидности шлифования в центрах: методом про-
дольной подачи 5 (рис. Х.З, а), глубинное шлифование
(рис. Х.З, б) — для снятия больших припусков за один проход
при черновой обработке крупных заготовок и шлифование методом
врезания или методом поперечной подачи (рис. Х.З, в, г). Наиболее
высокую производительность обеспечивает врезное шлифование,
которое применяется при обработке коротких деталей (I < В)
267
как с прямолинейной (рис. Х.З, в), так и с криволинейной
(рис. Х.З, г) образующей.
Внутреннее круглое шлифование имеет две разновидности:
простое (рис. Х.4, а) и планетарное (рис. Х.4, б). Простое внутрен-
нее шлифование применяется при обработке сравнительно неболь-
ших заготовок, а планетарное шлифование — при обработке тяже-
лых и громоздких заготовок, вращение которых затруднительно.
При бесцентровом наружном шлифовании на проход (рис. Х.5)
заготовка 1 располагается между шлифующим кругом 3 и ведущим
Рис. Х.З. Схемы наружного круглого шлифования в центрах:
а — методом продольной подачи; б — глубинное; в — методом врезания (с поперечной
подачей); г — фасонных поверхностей методом врезания
кругом 4, а снизу поддерживается упором (ножом) 2. Для обеспе-
чения продольного перемещения заготовки vs ось ведущего круга
установлена под углом v (v = 1 ч- 5°) к оси шлифующего круга.
Бесцентровое наружное шлифование может производиться и ме-
тодом врезания при поперечном перемещении ведущего круга.
При внутреннем бесцентровом шлифовании (рис. Х.6) заготовка 1
устанавливается между ведущим роликом 2, опорным 3 и прижим-
ным роликом 4. Ведущий ролик вращается от специального при-
вода и за счет сил трения вращает заготовку, которая, в свою
очередь, вращает опорный и прижимной ролики. В осевом направ-
лении деталь фиксируется опорной втулкой. Этот вид шлифования
применяют только для обработки коротких заготовок, имеющих
точную наружную цилиндрическую поверхность.
При плоском шлифовании обрабатываются обычно плоские
поверхности деталей, как периферией, так и торцом шлифоваль-
268
6)
Рис, Х.4. Схемы внутреннего круглого шлифования
Рис. Х.5. Схема бесцентрового наружного шлифования
Рис. Х.6. Схема бесцентрового внут-
реннего шлифования:
1 — заготовка; 2 — ведущий ролик;-
8 — опорный ролик; 4 — прижимной ро-
лик; 5 — шлифовальный круг
Рис. Х.7. Схемы плоского шлифо-
вания на станке с прямоугольным
столом:
а — периферией круга; б — торцом круга
269
ного круга (рис. Х.7 и Х.8). Шлифование периферией круга ис-
пользуют для более точных работ. Плоское шлифование торцом
круга применяют главным образом в массовом производстве при
Рис. Х.8. Схема плоского
шлифования на станке с
круглым столом:
а — периферией круга’ б — тор-
цом круга; 1 — заготовка;
2 — стол
снятий больших припусков и шлифования прерывистых поверх-
ностей. Длинные детали шлифуют на станках с прямоугольным
столом (рис. Х.7), а короткие и круглые детали — на станках
с круглым столом (рис. Х.8).
§ 3.	Абразивно-ленточное шлифование
Прогрессивным и перспективным процессом является обработка
абразивной лентой (шкуркой), движущейся с большой скоростью
= 10 4- 50 м/с (рис. Х.9).
Ленточное шлифование обес-
печивает шероховатость до
8—10-го классов и точность
до 0,05 мм.
Абразивно-ленточное шли-
фование применяется при
чистовой обработке деталей
сложной формы, обработке
поковок, отливок, листового
материала, проката, труб,
прутков, зачистке сварных
швов. Этот процесс приме-
няется при обработке различ-
ных металлов, дерева, пласт-
Рис. Х.9. Схема наружного ленточного
шлифования:
1 — ведущий ролик; 2 — абразивная лента;
3 — натяжное устройство; 4 — ведомый ро-
лик; 5 — обрабатываемая деталь
масс и стекла.
Режущий инструмент — абразивная лента состоит из основы,
слоя абразивных зерен и клея-связки. Основой ленты являются
прочные сорта бумаги и ткани — хлопчатобумажные й штапельные
270
(бязь, полотно, саржа и др.). Абразивные ленты изготовляются
шириной от 6 до 2200 мм и длиной от 280 до 15 200 мм. В последние
годы эксплуатационные свойства лент повышены вследствие ис-
пользования новых видов синтетических клеющих составов для
закрепления зерен и разработки надежных способов соединения
(стыковки) лент.
Абразивная обработка лентами и другими инструментами на
гибкой основе позволяет осуществить контакт инструмента и за-
готовки по плоской и фасонной поверхностям. Рабочая поверх-
ность ленты в несколько раз превышает рабочую поверхность шли-
фовального круга, что обеспечивает лучшее рассеяние тепла,
уменьщает вероятность появления при-
жогов и более высокую производитель-
ность процесса. Применение абразивной
ленты позволяет механизировать про-
цессы чистовой обработки сложных по-
верхностей, обрабатывать труднодоступ-
ные места. Исключение балансировки
инструмента, а также простота смены
ленты сокращают время наладки стан-
ка. При ленточном шлифовании, в от-
личие от шлифования кругами, в по-
верхностном слое деталей образуются
остаточные напряжения сжатия.
Важным фактором, оказывающим
влияние на эффективность процесса
шлифования, является натяжение лен-
ты. Оптимальное значение силы натя-
жения р = 1 4- 6 кгс на 1 см ширины
ленты (0,098—0,59Н на 1 м). Процесс
ленточного шлифования регулируют
изменением натяжения ленты р, режи-
Рис. Х.10. Схема двусторон-
него ленточного шлифова-
ния:
1 — абразивные ленты; 2 — об-
рабатываемая деталь; <3, 4 — фа-
сонные ложементы
мов шлифования sBn), выбором материала для контактных
роликов, состава СОЖ и характеристик ленты (тип основы, клея,
зернистость абразива и др.).
Применяют различные кинематические схемы абразивно-лен-
точного шлифования, аналогичные рассмотренным выше для
шлифования кругами: плоское и фасонное шлифование наружных
и внутренних поверхностей, круглое шлифование, бесцентровое
ленточное шлифование и др. Кроме того, при обработке деталей
сложной формы, например турбинных лопаток, применяются
станки с двумя одновременно работающими абразивными лентами
(рис. Х.10).
Для обеспечения контакта между лентой и обрабатываемой
деталью применяют опоры, создающие рабочее давление. Такими
опорами являются контактные диски или плиты с рифлениями,
а также фасонные ложементы. При снятии небольших припусков
(чистовые операции) шлифование ведут на свободной ветви обра-
271
Рис. Х.11. Схема хонинго-
вания:
1 — колодка с абразивным
бруском} 2 — конусы, раздви-
гающие бруски; 3 — корпус
головки; 4, 6 — шарниры;
5 — пружина; 7 — деталь
зивной ленты, а деталь с небольшим
усилием прижимается к абразивному
слою ленты на участке между натяж-
ным и контактным роликами.
При шлифовании стальных деталей
съем материала до 200 мм3/мин на 1 см
ширины ленты. Потребляемая мощность
0,2—0,3 кВт на съем 1 см3/мин, что
примерно на 20% ниже, чем для шли-
фовальных кругов.
§ 4.	Отделочные методы абразивной
обработки
Отделочные методы абразивной об-
работки делятся на две группы: 1) об-
работка инструментом со связанным
абразивом (брусками БХ) — хонингова-
ние, суперфиниш; 2) обработка свобод-
ным абразивом — доводка, часто назы-
ваемая притиркой, полирование, гидро-
абразивная, виброабразивная, магнито-
абразивная и ультразвуковая обработ-
ка. Наиболее широкое распространение
получила обработка абразивными брус-
ками.
Хонингование — процесс чистовой
абразивной обработки мелкозернистыми
брусками, расположенными в хонголов-
ке. Головка совершает вращательное иг
и возвратно-поступательное и2 движе-
ния (рис. Х.11). Хонингование приме-
няется для обработки внутренних и
реже наружных поверхностей до высо-
ких классов чистоты (V 10—V 12) и точ-
ности (1—-2-й кл.). Припуск на хонин-
гование небольшой — 0,05—0,08 мм.
Инструмент хон оснащен абразив-
ными брусками, закрепленными на его
внешней или внутренней поверхностях.
Бруски перемещаются в радиальном на-
правлении. По способу осуществления
радиальной подачи различают две схемы
хонингования! 1) обработка с постоян-
ным давлением брусков на деталь;
2) обработка с определенной подачей
брусков на каждый двойной ход голов-
ки. Количество брусков, расположенных
т
по окружности головки, зависит от диаметра детали: от 1 до 12.
Головки с одним бруском имеют две опоры на корпусе. Для хо-
нингования отверстий с прерывистыми поверхностями (шпоноч-
ные, шлицевые канавки) применяют головки с брусками, рас-
положенными под углом 15—30° к ее оси. Диапазон хонин-
гуемых отверстий — от 3 до 1000 мм, а длина до нескольких
метров. При хонинговании в качестве СОЖ используют обычно
смесь керосина и масла. Для повышения производительности
применяют устройства для автоматизации измерений в процессе
обработки. Оптимальное соотношение окружной скорости к
скорости р2; v-Jv^ = 2 4- 4,	= 40 ч- 80 м/мин. При таком
соотношении риски при хонинго-
вании пересекают риски, полученные
при предварительной обработке.
При хонинговании, в отличие от
шлифования, в работе участвует в 100—
1000 раз больше абразивных зерен, ско-
рость резания в 50—120 раз меньше,
давление абразивного инструмента на
2
Vff.n.
Рис. X.13. Схема суперфиниширования;
1 — продольная подача детали; 2 — колебатель-
ное движение брусков; 3 — вращение детали
6)
Рис. Х.12. Форма микро-
неровностей при суперфи-
нишировании:
а — до обработки; б — после
обработки


обработанную поверхность в 6—10 раз ниже. Поэтому возникают
значительно меньшие температуры резания и процесс формирова-
ния поверхностного слоя происходит в благоприятных условиях.
В последние годы освоены алмазные бруски. Стойкость бру-
сков из синтетических алмазов при обработке чугунных дета-
лей до 100—250 раз, а при хонинговании стальных деталей до
30—50 раз выше, чем абразивных брусков, а расходы на инстру-
мент снижаются в несколько раз. Высокие режущие свойства ал-
мазных брусков облегчают автоматизацию процесса хонингования.
Суперфиниш — процесс сверхтонкой абразивной обработки на-
ружных и внутренних цилиндрических и конических поверхностей,
а также плоскостей колеблющимися брусками, обеспечивает полу-
чение очень высоких классов чистоты (V И—V 13). При суперфини-
ше обычно удаляются только гребешки, оставшиеся от предыдущей
обработки (рис. Х.12), поэтому для этого процесса оставляют
очень малые припуски — около 0,005—0,01 мм.
273
На рис. Х.13 показана схема обработки цилиндрической по-
верхности суперфинишной головкой, оснащенной обычно двумя
абразивными мелкозернистыми брусками. Частота колебаний
брусков 300—2500 дв. ход./мин; амплитуда 1—5 мм; продольная
подача 100—1000 мм/мин; скорость заготовки 10—30 м/мин;
удельные нагрузки 0,5—2,5 кгс/см2 (0,049т-0,245 МПа); темпера-
тура резания не превышает 100° С.
В последние годы процесс суперфиниша начали применять
для снятия слоев металла до 0,03 мм. В этом случае удается не-
сколько исправлять погрешности формы деталей. Обработка ве-
дется в две последовательные операции: 1) с преобладанием реза-
ния — для удаления следов предшествующей обработки и исправ-
ления геометрической формы; 2) с преобладанием трения — для
достижения высоких классов чистоты поверхности. Изменяя со-
отношение скоростей рабочих движений, регулируют направление
микронеровностей для создания наиболее благоприятных условий
работы деталей.
При суперфиниширований и хонинговании в поверхностном
слое деталей из закаленных сталей образуются остаточные напря-
жения сжатия, наибольшая величина которых в зависимости от
условий обработки изменяется от 30 до 90 кгс/мм2 (294—884 МПа),
а глубина распространения 7—15 мкм; Наибольшие напряжения
наблюдаются на глубине 1—2 мкм. Переход от резания-царапа-
ния к трению-полированию увеличивает остаточные напряжения
в 2—3 раза.
Доводка. Доводка обеспечивает высокую точность (до 1-го клас-
са) и высокое качество поверхностного слоя. Применение субмикро-
порошков позволяет получать поверхности деталей 14-го класса
чистоты. Процесс доводки обычно состоит из предварительного,
промежуточного и окончательного переходов. Доводочные смеси,
наносимые на притир, применяют в виде паст и суспензий с кон-
центрацией абразива от 3 до 30%. Удельная нагрузка на деталь
небольшая. При относительном движении притира и детали про-
исходит снятие тонких слоев материала. При доводке снимают
малые припуски — 0,01—0,05 мм. Процесс доводки содержит ме-
ханическое сглаживание выступающих микронеровностей, адсорб-
ционное воздействие поверхностно-активных веществ, облегчаю-
щих процесс разрушения и химические явления образования и
срыва окисных пленок на вершинах микронеровностей. На пред-
варительных операциях применяют мягкие пористые притиры, а
на окончательных операциях — твердые, обычно стеклянные при-
тиры.
Наиболее распространена схема доводки с двумя, горизонтально
расположенными дисками-притирами (рис. Х.14). Нижний диск
3 жестко связан со шпинделем станка, а верхний 1 — имеет само-
устанавливающуюся подвеску. Между притирами помещается
Сепаратор 2 с деталями 4. Сепаратор имеет эксцентриситет Э
(5—15 мм) относительно дисков. При вращении дисков детали не
274
только вращаются, но и скользят относительно рабочих поверхно-
стей притиров. Это скольжение и обеспечивает съем припуска
в процессе доводки. Эксцентричное вращение сепаратора вызывает
дополнительное движение деталей в радиальном направлении,
а тангенциальное перемещение деталей обеспечивается углом и
(и = 5 4- 30°). Таким образом, в процессе доводки детали
(рис. Х.14, б) совершают сложное движение, при котором векторы
скоростей скольжения и качения непрерывно изменяют направ-
ление и величину, чем достигается неповторяемость траектории
рабочего движения. Для получения 13—14-го классов чистоты
поверхностей деталей из жаропрочных сталей при доводке при-
Рис. Х.14. Схема абразивной доводки (притирки)?
а — схема: 1, 8 — диски; 2 — сепаратор; 4 — детали; б — траектория
движения деталей
меняется алмазная паста в смеси с керосином, олеиновой и стеари-
новой кислотами. Материал притиров — чугун перлитный и опти-
ческое стекло. Предварительная доводка производится пастами
зернистостью М28 и М5.
Полирование. Полирование применяется для финишной обра-
ботки поверхностей деталей для придания им декоративного вида
и повышения коррозионной стойкости. Полирование ведется в две-
три операции с последовательным уменьшением зернистости абра-
зива в полирующей пасте (от М40 до М5 и мельче): предварительное
(до V 9—V 10), чистовое (до V 12) и отделочное (до V 13).
Существуют три способа полирования: 1) механическое полиро-
вание, выполняемое при помощи абразивных зерен, наносимых на
полировальный круг; 2) полирование, осуществляемое за счет
пластического деформирования поверхностного слоя (например,
алмазное выглаживание, обкатки роликами и др.); 3) электрохими-
ческое полирование (гл. XI, стр. 293).
Наибольшее распространение имеет механическое полирование,
которое осуществляется эластичными кругами, абразивными лен-
тами, во вращающихся барабанах и виброконтейнерах. Полиро-
275
вальный круг — это мягкий эластичный инструмент, на который
с помощью клея нанесен слой абразивных зерен или полироваль-
ная паста. Они изготовляются из фетра и войлока, тканей, мор-
ской травы, прессованной бумаги и резины.
Гидроабразивная обработка (рис. Х.15) производится абразив
ной суспензией, выбрасываемой сжатым воздухом на обрабатывае-
мую поверхность. При ударе абразивных зерен происходит съем
металла и постепенное улучшение на два—три класса чистоты
поверхности, а также упрочнение поверхностного слоя, что зна-
чительно повышает циклическую прочность деталей. Равномер-
Рис. Х.15. Схема гидроабра-
зивной обработки
ность съема материала обеспечивают
определенным расположением форсу-
нок и относительными перемещения-
ми детали и струи абразивной сус-
пензии. Материал абразивных зерен
выбирают в зависимости от твердо-
сти обрабатываемого материала.
Способ наиболее эффективен при чи-
стовой обработке внутренних и на-
ружных поверхностей крупногаба-
ритных деталей фасонной формы.
Виброабразивную обработку осу-
ществляют в контейнерах, заполнен-
ных абразивными зернами и жид-
костью, в которых размещаются де-
тали. Относительное перемещение зерен абразива и обраба-
тываемых деталей производится в результате сообщения кон-
тейнеру колебательных движений в нескольких направлениях.
Виброабразивная обработка позволяет успешно механизировать
трудоемкие операции по очистке, снятию заусенцев и полированию
деталей сложной формы.
При магнитно-абразивной обработке обрабатываемую деталь
помещают между полюсами электромагнита, а зазор заполняется
абразивным порошком, обладающим магнитными свойствами. Маг-
нитное поле, пронизывая зазор и деталь, прижимает зерна к обра-
батываемой поверхности. Если механическим путем или при по-
мощи магнитного поля обеспечить относительное перемещение
зерен и обрабатываемой детали, то последняя будет подвергаться
чистовой обработке. Для повышения производительности и каче-
ства поверхности применяются смазочно-охлаждающие жидкости.
§ 5.	Процесс резания при шлифовании
Шлифование осуществляется большим количеством абразивных
зерен, одновременно участвующих в резании-царапании. Геометрия
срезаемого слоя зависит от формы и взаимного расположения абра-
зивных зерен, глубины внедрения и траектории их относительного
движения. Размеры стружек, срезаемых абразивными зернами,
276
очень малы, а в единицу времени снимается огромное число стру-
жек (несколько тыс/мин).
В процессе шлифования взаимодействуют режущий профиль
круга, образованный множеством рядов выступающих зерен, и
обрабатываемая поверхность, имеющая шероховатость. При этом
не все выступающие зерна выполняют работу резания. Часть зе-
рен, врезаясь в металл, снимает стружку, другие из-за малой глу-
бины резания осуществляют только пластическое оттеснение, а
третья часть зерен, имеющих еще меньшую глубину врезания,
производит лишь упруго-пластическую деформацию обрабатывае-
мой поверхности. Некоторые зерна, попадая в ранее прорезанные
канавки, совсем не участвуют в работе. Зерна на рабочей поверх-
Рис. Х.16. Схема резания-царапания абразивным зер-
ном
ности круга делятся на режущие, давящие и нережущие. Уста-
новлено, что в реальном процессе шлифования около 85—90%
всех зерен не режет, а лишь пластически деформирует тончайший
поверхностный слой и большая часть энергии затрачивается на
пластическую деформацию и наклепывание поверхности.
Процесс стружкообразования при шлифовании существенно за-
висит от соотношения толщин среза а к радиусам округления р
вершин абразивных зерен. В различных точках вершины зерна
действуют нормальные силы pt, р2 ... рп (рис. Х.16). Горизонталь-
ные составляющие этих сил рС1, рсг»*--» Реп обеспечивают процесс
стружкообразования. В точке 1 толщина среза аг и сила рс1 равны
нулю, а передний угол в этой точке у! = —90°. При увеличении
толщины среза (ах < а2 < ... < ап) уменьшается отрицательный
передний угол и увеличиваются силы стружкообразования:
Pci Рс2 ••• < Реп-
Поверхностный слой шлифуемой детали подвергается воздей-
ствию пульсирующего высокотемпературного поля, и поэтому
режущие зерна царапают материал, разупрочненный нагревом
при воздействии впереди расположенных зерен.
277
На эффективность шлифования большое влияние оказывают
толщина срезаемого слоя и площадь среза. Они определяют ве-
личину нагрузки на абразивные зерна, что в конечном итоге
определяет силы резания, стойкость круга и качество поверхност-
ного слоя.
Определим среднее сечение среза /мгн при наружном круглом
шлифовании методом продольной подачи (см. рис. Х.З, а). Объем
металла, срезаемого за один оборот детали: = nD^ts. Путь шли-
фования за один оборот детали =
Мд
Тогда
/мгн-^- -	60г?к
Средняя толщина материала аср', снимаемая' одним абразивным
зерном:
а°Р = 60ркз	(Х-2)
где z — число зерен, находящихся в зоне контакта; Ц — факти-
ческая глубина резания.
Теоретическое значение максимальной толщины среза
^max— 60г?к ± 2уд *ср в У ,Црк +	(Х.З)
7	8
где Zcp — среднее расстояние между зернами; отношение учи-
тывает влияние продольной подачи. Формулы (Х.2) и (Х.З) могут
лишь качественно характеризовать влияние различных параметров
на аср и Яшах, так как они не учитывают упругие деформации
системы (отжим детали). Кроме того, зерна в круге расположены
хаотично и часто работа двух соседних зерен происходит в раз-
личных плоскостях.
Поэтому обычно действительное значение атах < Ятах
и
^тах ~ ~ t — С ——	(Х.4)
где с — величина упругого отжатия, направленная в сторону
уменьшения глубины резания; t — номинальная глубина резания
(поперечная подача); х — часть выступа (+) или впадины (—),
оставшаяся неснятой при предыдущем проходе зерна.
Величина с в период врезания увеличивается; при установив-
шемся резании она примерно постоянна, а в период выхаживания
постепенно уменьшается.
§ 6.	Силы резания при шлифовании
Процесс шлифования обычно состоит из трех периодов: вреза-
ния, установившейся обработки и выхаживания — обработки при
отсутствии поперечной подачи. Резание при выхаживании проис-
ходит в результате упругого натяга в системе круг — деталь. При
278
Рис. Х.17. Силы резания при шлифовании
врезании происходит постепенное увеличение сил резания, свя-
занное с увеличением глубины резания. Интенсивность роста сил
резания зависит в основном от режима шлифования и жесткости
системы.
При установившемся съеме металла величина сил резания ста-
билизируется. При выхаживании силы резания постепенно умень-
шаются. Большое влияние на силы резания оказывают рельеф ра-
бочей поверхности круга, микрогеометрия абразивных зерен и
ширина круга В: при затуплении зерен, засаливании круга и при
увеличении В силы резания возрастают.
Основная часть энергии, затрачиваемой на шлифование, рас-
ходуется на преодоление трения, возникающего между обрабаты-
ваемой деталью и абразив-
ными зернами, а также
связкой. Работа, идущая
на пластическую деформа-
цию срезаемого слоя, со-
ставляет лишь 18—25%
работы шлифования. Очень
большая деформация сре-
заемого слоя при шлифо-
вании обусловлена малыми
толщинами среза и больши-
ми отрицательными перед-
ними углами (уср = — 45°).
Поэтому при шлифовании для съема единицы объема металла за-
трачивается в 10—20 раз больше энергии, чем при точении и фре-
зеровании.
Равнодействующая R всех нормальных и касательных сил,
действующих на рабочей поверхности круга, так же как и при
точении, является суммой трех сил Pz, Ру и Рх (рис. Х.17). Тан-
генциальная сила Рг определяет мощность резания и мощность,
потребную для вращения круга и детали. Радиальная сила
вызывая упругие деформации системы СПИД, оказывает значи-
тельное влияние на точность обработки и виброустойчивость про-
цесса. Осевая сила Рх определяет мощность привода подачи.
Наличие на абразивных зернах значительных радиусов округле-
ния, большие отрицательные передние углы и малые толщины среза
при абразивной обработке являются причиной того, что сила Ру
в 1,5—3 раза больше силы Рг, Отношение Ру/Рг может ориен-
тировочно характеризовать долю энергетических затрат на полез-
ную работу: при уменьшении Py/Pz повышается доля полезных
затрат и снижаются работа трения и стружкообразования. Для
специальных абразивных инструментов с ориентированными зер-
нами (у = 8 4- 20°, а = 8 -г 10°) силы Рг уменьшаются на 30—
40%, а Ру на 55-60%.
Алмазные зерна имеют меньшие значения р по сравнению
С электрокорундом и карбидом кремния. Поэтому алмазные инст-
279
рументы вызывают значительно меньшие силы Pz и особенно Ру,
т. е. PylPz снижается.
Силы резания при шлифовании из-за небольших сечений среза
обычно невелики (в среднем не более 30 кгс). Однако мощность
шлифования #Эф значительна, ввиду большой скорости круга
рк (30—50 м/с): ^эф = кВт-
Силу Pz определяют по экспериментальным формулам степен-
ного вида. При наружном круглом шлифовании кругом Э40СМ1К5
(Z)K = 500 мм, В = 40 мм, vK = 30 м/с)
Рг = СрРд 75°’70,в,	(Х.5)
где Ср — коэффициент, зависящий от вида обрабатываемого ма-
териала (при шлифовании закаленной стали Ср — 2,2; незакален-
ной стали Ср = 2,1; чугуна Ср = 2). При увеличении скорости
круга ик уменьшается средняя толщина среза и силы резания сни-
жаются. При шлифовании жаропрочных сплавов силы резания
в 2—3 раза выше, чем при шлифовании сталей.
Для измерения сил резания при шлифовании применяются ди-
намометрические центры и трехкомпонентные динамометры.
§ 7.	Тепловые явления при шлифовании и влияние их
на качество поверхностного слоя
При шлифовании различают импульсную температуру 9ИМП,
среднюю контактную 9ср и установившуюся температуру детали
6Д (рис. Х.18). Воздействию
импульсных температур 9ИМП
подвергаются лишь отдель-
ные участки рабочей зоны.
Вся контактная зона имеет
температуру более низкую;
она является огибающей ос-
нований импульсов, а макси-
мальное значение этой оги-
бающей будет равно 9ср. Та-
ким образом, 9ИМП > 9ср > 9Д.
Температура резания при
шлифовании жаропрочных
сплавов в 1,5 раза выше, чем
при шлифовании сталей. Им-
пульсный местный нагрев
происходит с очень большой
скоростью (до 10б град/с),
в отдельных зонах может до-
Рис. Х.18. Характер температурных
импульсов при шлифовании:
1 — нагревание (т, = 10~4 4- 10~2 с); 2 — ох-
лаждение (т2 = 10~4-г 5 - IO”2 с)
и температура поверхностного слоя
стигать 1500° С. Образующееся тепло частично (3—5%) уносится
со стружкой, небольшая часть (9—13%) сообщается кругу, а ос-
новная часть тепла (до 84%) идет на нагрев детали. Под действием
?80
этого тепла в поверхностных слоях металла могут возникать
структурные превращения и микротрещины. Тепло, выделяю-
щееся при мгновенных вспышках и проникающее в глубь металла,
создает установившуюся температуру поверхностного слоя, ко-
торая зависит от физико-механических свойств материала детали,
режимов шлифования, характеристик инструмента и эффектив-
ности действия СОЖ.
При шлифовании в качестве СОЖ широко применяются суль-
фофрезол и водные растворы кальцинированной соды, эмульсола,
трипатрийфосфата, триэтаноламина и др.; при хонинговании и
суперфинише — обычно смесь керосина и машинного масла. Рас-
ход СОЖ должен быть обильным (5—7 л/мин на каждые 10 мм
ширины круга). Чистота СОЖ влияет на качество поверхности
детали: при содержании механических примесей около 0,1% про-
исходит ухудшение шероховатости на один класс по сравнению
с жидкостью, содержащей 0,03% примесей.
Шероховатость и волнистость поверхности при шлифовании
определяются главным образом рельефом рабочей поверхности
круга, полученным при правке, зернистостью абразива, режимом
шлифования и вибрациями в зоне резания. При обычно применяе-
мых подачах правки (0,1—0,4 мм/об) винтовые неровности круга
в большей мере влияют на шероховатость обработанной поверх-
ности, чем его зернистость. При уменьшении подачи алмаза при
правке в 10 раз (тонкая правка) влияние неровностей круга, соз-
данных правкой, становится незначительным.
При доводочных абразивных процессах к числу геометриче-
ских факторов относятся размеры абразивных зерен и траектория
их движения относительно обрабатываемой поверхности.
Особенностями процесса шлифования являются большая удель-
ная работа и высокий локальный нагрев металла в зоне резания.
Поэтому происходит значительное пластическое деформирование
поверхностного слоя: разогретые поверхностные слои металла вы-
тягиваются в направлении резания, образуя надрывы. В резуль-
тате этого обработанные риски теряют геометрически правильный
характер, искривляются, а их поперечный профиль искажается,
сильно отличаясь от профиля соответствующего абразивного
зерна.
При недостаточной жесткости системы могут возникать вибра-
ции, увеличивающие шероховатость шлифованной поверхности
и вызывающие волнистость (огранку) деталей. При наличии вы-
нужденных вибраций от дисбаланса круга шероховатость обрабо-
танной поверхности увеличивается в несколько раз. Для предот-
вращения огранки деталей, вызванной волнистостью круга, и из-
менения мест соударения круга с деталью рекомендуется периоди-
чески несколько изменять частоту вращения круга. Это позволяет
при шлифовании нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов
увеличить время работы круга до появления огранки деталей
в 1,5—2 раза.
281
Степень наклепа при шлифовании закаленных сталей состав-
ляет в среднем 60%, при шлифовании очень вязких материалов до
80%. Глубина наклепанного слоя при шлифовании обычно на-
ходится в пределах 0,03—0,06 мм. При увеличении скорости вра-
щения детали и продольной подачи сокращается длительность
теплового воздействия круга на деталь; происходит изменение
соотношения теплового фактора и пластической деформации
в пользу последней. Поэтому снижаются растягивающие и повы-
шаются сжимающие остаточные напряжения. При скоростном
шлифовании степень пластической деформации поверхностного
слоя ниже, а температура нагрева выше. Это приводит к усилению
влияния теплового фактора. При шлифовании закаленных сталей
эпюры остаточных напряжений в значительной мере определяются
фазовыми превращениями, вызывающими изменение удельного
объема.
Поверхностный слой детали формируется на заключительной
стадии шлифования—выхаживании. Выхаживание имеет важное
значение не только для получения наименьшей шероховатости,
точности размеров, но и для улучшения физико-механических
свойств шлифованной поверхности. При выхаживании количество
режущих зерен уменьшается, а увеличивается количество зерен,
производящих только наклеп без снятия стружки. Это приводит
к интенсивному абразивному наклепу поверхности, что обуслов-
ливает повышение ее микротвердости на 15—20%.
Абразивный наклеп выравнивает микротвердость элементар-
ных участков поверхности и делает ее структурно более однород-
ной, устраняя структурные концентраторы напряжений, в ре-
зультате чего повышаются эксплуатационные свойства деталей.
§ 8.	Износ и стойкость абразивных инструментов
В процессе работы абразивных инструментов изменяются
рельеф и геометрия их рабочей поверхности. Общий расход абра-
зивного инструмента состоит из износа его в процессе работы и
объема, удаленного при периодических правках для восстановле-
ния режущей способности и правильной геометрической формы.
При правках удаляется более 60—70% рабочего объема круга.
Частота правки зависит от периода стойкости круга Т, т. е. его рабо-
чего времени между двумя правками. Значение Т для различных
условий шлифования изменяется от 5 до 60 мин. Меньшие значе-
ния Т относятся к внутреннему и фасонному шлифованию и
обработке жаропрочных, тугоплавких и других труднообрабаты-
ваемых материалов.
В зависимости от условий шлифования круг может работать
как в режиме затупления, так и в режиме самозатачивания. Под
самозатачиванием понимается способность круга обновлять свою
рабочую поверхность под влиянием сил резания. Если поры круга
в процессе шлифования забиваются стружкой и частицами износа,
282
то круг теряет свои режущие свойства еще до того, как его Верна
затупятся, и пределом стойкости круга является процесс «заса-
ливания» круга, т. е. забивание пор стружкой.
На рис. Х.19 показана схема износа круга. Когда круг не за-
саливается (рис. Х.19, а), его стойкость лимитируется затуплением
зерен. Если процессы затупления зерен и забивания пор проис-
ходят одновременно (рис. Х.19, б), то период стойкости круга
будет ограничиваться потерей его режущих свойств в результате
засаливания и полезно использованный слой уменьшается
(Дх < Д). При работе засаленным кругом возможен отрыв блока 1
абразивных зерен (рис. Х.19, в), что приводит к резкому увеличе-
нию толщины слоя б2, удаляемого при правке. Самозатачивание
Рис. Х.19. Схема износа шлифо-
вального круга:
а — притупление зерен без засалива-
ния; б — притупление зерен с засали-
ванием; в — отрыв блока зерен 1 после
засаливания круга; а, а2 — общая
величина износа круга за период стой-
кости; А, Дь Д2 — величина износа
зерен; б, 6t, б2 — слой, снятый при
правке
круга наступает тогда, когда нагрузка и другие условия работы
круга становятся такими, что зерна раскалываются, образуя
новые острые выступы. В дальнейшем силы, действующие на
зерно, увеличиваются и зерно удаляется.
Основные виды износа круга: истирание вершин абразивных
зерен; раскалывание и выкрашивание зерен; истирание связки;
вырывание абразивных зерен; забивание пространства между зер-
нами частицами шлифуемого материала (засаливание круга). В за-
висимости от конкретных условий шлифования могут происходить
все виды износа или один вид является преобладающим. Для
мягких кругов наиболее характерно скалывание выступающих
вершин зерен, выламывание зерен, недостаточно прочно удержи-
ваемых связкой или неудачно ориентированных к силам, дейст-
вующим в зоне контакта. Для твердых кругов (СТ2) наблюдается
в основном притупление вершин абразивных зерен и частичное
скалывание зерен, получивших трещины при правке.
Удельный износ абразивных инструментов, характеризуемый
отношением объемов изношенного круга и сошлифованного мате-
283
риала, изменяется от 1 i 0,5 до 1 : 100 для абразивных кругов,
а для алмазных от 1 : 10 до 1 : 500. Большие значения удельного
износа (1 : 0,5 и 1 : 10) наблюдаются при шлифовании трудно-
обрабатываемых материалов (жаропрочные, тугоплавкие сплавы
и др.). Критериями затупления круга являются косвенные приз-
наки снижения режущих свойств: повышение мощности, возник-
новение вибраций, появление прижогов, изменение блеска по-
верхности детали и др.
Стойкость круга Т зависит от свойств обрабатываемого ма-
териала, жесткости системы круг — деталь, дисбаланса круга,
режимов резания, диаметра детали Дд, твердости и зернистости
круга. При увеличении дисбаланса круга, скорости детали рд,
продольной подачи 5 и глубины резания t возрастают нагрузки на
абразивные зерна и стойкость круга уменьшается. Стойкость
круга растет при увеличении жесткости системы.
При наружном круглом шлифовании получена следующая за-
висимость:
cjZH’8
Т = т д
уЬ851,8^1,1-
(Х.6)
Для закаленной стали коэффициент Ст = 2260. Стойкость круга
Т зависит от минутного съема материала Ууд, приходящегося на
единицу площади рабочей поверхности круга (мм3/мин-мм2):
где пг — показатель относительной стойкости; С — коэффициент,
зависящий от условий шлифования.
Шлифование жаропрочных, титановых, тугоплавких, магнит-
ных и других специальных материалов связано с большими труд-
ностями, вызванными адгезией, диффузией и химическим взаимо-
действием их с абразивными зернами, а также истиранием зерен
интермета л л идными и карбидными включениями. Поэтому стой-
кость кругов в 10—15 раз ниже, чем при шлифовании конструк-
ционных сталей. В отличие от шлифования сталей, когда стойкость
круга лимитируется забиванием пор круга стружкой («засалива-
ние» круга), а абразивные зерна не претерпевают значительных
изменений, при шлифовании жаропрочных и титановых сплавов
стойкость круга часто лимитируется плотным налипанием частиц
сплава на контактные площадки абразива. Это явление — ре-
зультат адгезионного взаимодействия металла с абразивными зер-
нами и застоя деформируемого металла на микронеровностях
вершин зерен и в порах круга.
Очень важную роль при шлифовании играет состав СОЖ и ме-
тод ее подвода. СОЖ при шлифовании выполняет несколько функ-
ций: отводит тепло из зоны резания, уменьшает работу трения,
удаляет стружку с рабочей поверхности круга, вследствие1 приме-
нения поверхностно-активных добавок облегчается процесс струж-
284
кообразования. Обычный метод подвода СОЖ — поливом сверху —
не всегда оказывается эффективным. Значительно лучшие резуль-
таты дает высоконапорное охлаждение — подача струи СОЖ под
высоким давлением [10—15 кгс/см2 (0,98—1,47 МПа)] на рабочую
поверхность круга. При шлифовании жаропрочных и других труд-
нообрабатываемых материалов абразивными и алмазными кру-
гами эффективно применение ультразвуковой очистки кругов
(см. рис. XI.10, в). Правильный выбор состава и метода подвода
СОЖ позволяет резко уменьшить износ и засаливание круга, по-
вышает его работоспособность, улучшает качество поверхност-
ного слоя и повышает точность обработки.
§ 9.	Основные рекомендации
по выбору абразивного инструмента
и назначению режимов шлифования
Производительность процесса шлифования обычно оценивают
объемом материала заготовки Ум, снятого в единицу времени,
а при отделочных абразивных процессах величиной поверхности F,
обработанной в единицу времени до достижения требуемых клас-
сов чистоты и точности.
Оценку эффективности процесса абразивной обработки часто
производят величиной удельной производительности q (коэффи-
циентом шлифования): q = где Va — объем изношенного
а
круга в мм3/мин. Величина q обратна удельному износу инстру-
мента (см. стр. 283). При шлифовании углеродистых сталей кру-
гами ЭБ и М q = 50 4- 80; быстрорежущих сталей q = 6 4- 12.
При шлифовании жаропрочных, титановых и тугоплавких сплавов
q = 0,5 4- 5.
Правильный выбор характеристик абразивного инструмента
в значительной степени определяет производительность шлифова-
ния, износ инструмента, экономичность процесса и качество
поверхностного слоя. Характеристики абразивного инструмента
выбирают в зависимости от вида операции, физико-механических
свойств материала детали, требуемой точности и качества по-
верхности, величины припуска, мощности и состояния станка, со-
става СОЖ и метода ее подвода.
При силовом (обдирочном) шлифовании, т. е. когда работают
с большими подачами, применяют крупнозернистые (№ 160—80) и
твердые круги (СТ — ВТ) на керамической связке. При предва-
рительном шлифовании используют круги зернистостью № 50—40,
при чистовом шлифовании — № 25—12, для хонингования —
бруски зернистостью № 3, при суперфинише — М28 и мельче.
Для получения поверхностей особо высокого качества применяют
субмикропорошки.
При выборе твердости кругов руководствуются правилом:
при шлифовании твердых материалов следует применять мягкие и
285
среднемягкие круги; при шлифовании вязких металлов и спла-
вов — круги средние и среднетвердые.
Режимы резания при шлифовании назначают в следующем
порядке:
1.	Выбирают характеристики круга в зависимости от свойств
обрабатываемого материала и технических требований.
* При шлифовании алмазными кругами железоуглеродистых
сплавов, никеля, кобальта и при шлифовании сталей кругами из
карбида кремния из-за высоких температур и химического срод-
ства материалов абразива и детали превалирующим видом износа
зерен является диффузионный износ, который вызывает интенсив-
ный износ круга. Поэтому применять такие круги нецелесообразно.
При шлифовании жаропрочных сплавов высокие режущие свой-
ства имеют круги из монокорунда, твердостью М3—СМ2 с зер-
нистостью 16—25, 10-й структуры и применении СОЖ, состоящей
из сульфофрезола и 10% керосина. При шлифовании титановых
сплавов обычно применяют круги из зеленого карбида крем-
ния.
При назначении режимов чистового шлифования вначале вы-
бирают зернистость круга, затем параметры режима, обеспечи-
вающие получение необходимого класса чистоты поверхности.
Высота микронеровностей Rz связана со средним размером абра-
зивных зерен da зависимостью Rz = cr d&, где cr — постоянная,
зависящая от свойств материалов детали и круга.
2.	Выбирают глубину резания t (поперечную подачу $пп).
На черновых проходах t — 0,05 ч- 0,10 мм/дв. ход, на чистовых
t = 0,005 ч- 0,02 мм/дв. ход. При шлифовании неметаллических
материалов значения t j\q 0,4—0,8 мм/дв. ход.
3.	Определяют скорость детали уд (или скорость стола при
плоском шлифовании) и корректируют выбранное значение уд
по кинематическим данным станка. При этом учитывают, что при
росте уд улучшается отвод тепла (деталь меньшее время находится
в контакте с кругом) и снижается опасность образования прижогов,
увеличивается разбрызгивание СОЖ, повышается износ центров,
увеличиваются центробежная сила и амплитуда вибраций. На
черновых проходах уд = 20 4- 85 м/мин, а на чистовых уд =
= 15 4- 30 м/мин. При шлифовании тугоплавких и титановых
сплавов уд = 10 4- 12 м/мин, а для жаропрочных сплавов целе-
сообразно увеличивать уд до 70 м/мин.
4.	Определяют продольную 5 и минутную $м подачи. Продоль-
ную подачу выражают в долях ширины круга В, При черновом
шлифовании 5 = (0,4 4- 0,8) В мм/об. дет.; при чистовом 5 ==
= (0,1 4- 0,3) В мм/об. Меньшие значения подач выбирают при
шлифовании жаропрочных и титановых сплавов. Минутная подача
$м = $пд мм/мин.
5.	Выбирают скорость круга ук. Увеличение ук может ограни-
чиваться прочностью шлифовального круга, мощностью и жест-
костью станка. При различных видах шлифования ук
286
= 10-4-35 м/с, а при скоростном шлифовании сталей высокопроч-
ными кругами ик 50 м/с.
6.	Вычисляют силу Pz и мощность, потребную на шлифование.
7.	Определяют машинное время Гмаш.
При наружном круглом шлифовании методом продольной по-
дачи
qn	Lhk
SaBn^ МИН,
где L — длина хода стола, на несколько миллиметров превышаю-
щая длину обрабатываемой детали I (см. рис. Х.З); h — припуск
на обработку в мм; к — коэффициент, учитывающий время выха-
живания (к = 1,2 -ь 2,5).
Техника безопасности при шлифовании. Круги перед постанов-
кой на станок должны быть отбалансированы и испытаны на проч-
ность при окружной скорости, в 1,5 раза превышающей рабочую
скорость. Во избежание травматизма при разрыве круга, на станке
должен быть стальной кожух с минимальной открытой частью.
Для защиты рабочего от разбрызгиваемой СОЖ устанавливают
щитки. Шлифовальные станки необходимо оснащать пылеулавли-
вающими и пылеотсасывающими вентиляционными устройствами.
Глава XI
Физико-химические методы размерной обработки
В настоящее время широко применяются конструкционные и
инструментальные материалы (металлокерамика и минералокера-
мика, тугоплавкие сплавы на основе вольфрама, ситаллы и др.),
которые трудно обрабатываются резанием. Поэтому в машино-
строении и приборостроении применяются физико-химические
методы размерной обработки, получившие большое развитие
в последние годы. К ним относятся электроэрозионный, электро-
химический, ультразвуковой, электронно-лучевой, светолучевой
и химический методы.
В этих способах разрушение поверхностных слоев обрабаты-
ваемого материала обычно происходит не за счет больших пласти-
ческих деформаций (как это имеет место при резании), а путем
химической или электрической эрозии. Химическая эрозия —
это местные разрушения металла под действием химических или
электрохимических процессов. Электрическая эрозия — это на-
правленный выброс металла под действием импульсных электри-
ческих разрядов.
Все физико-химические методы размерной обработки не исклю-
чают, а дополняют существующие процессы резания. Обычные
процессы резания являются основным методом изготовления
большинства деталей. Новые методы наиболее эффективны в тех
случаях, когда на обычных металлорежущих станках трудно,
а иногда и невозможно изготовить деталь сложной формы, а также
при необходимости уменьшить отходы в стружку при обработке
деталей из дорогих и дефицитных материалов.
Директивами XXIV съезда КПСС на 1971—1975 гг. предусмат-
ривается ускорение разработки и промышленного внедрения новых
процессов химической технологии, процессов, основанных на
использовании электроники.
Обрабатываемость материалов физико-химическими методами
характеризуют объемом материала заготовки, удаленного в еди-
ницу времени V в мм3/мин, и величиной средней минутной подачи
s в мм/мин, износом инструмента, а также качеством поверхност-
ного слоя; микрогеометрией, степенью наклепа и величиной оста-
288
точных напряжений, глубиной термически измененного слоя,
наличием геометрических и структурных концентраторов напря-
жений. Геометрические концентраторы связаны с нарушением
микрогеометрии поверхности — риски, надрывы, трещины, раст-
равливание и разрушение по границам зерен. Структурные кон-
центраторы напряжений возникают в результате неоднородности
структуры материала в поверхностных слоях.
§ 1. Электроэрозионная обработка
Электроэрозионная обработка, открытая в 1943 г.‘советскими
учеными Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко, получила наиболь-
шее развитие по сравнению с другими физико-химическими мето-
дами.
Электроэрозионные методы основаны на использовании явле-
ния электрической эрозии — направленного разрушения токопро-
водящих материалов в результате теплового действия импульсных
электрических разрядов. Электроэрозионные методы наиболее
эффективны при изготовлении деталей сложной конфигурации
из труднообрабатываемых материалов: пресс-форм, кокилей, про-
катных валков, отверстий в форсунках, цельнометаллических сит
и сеток (с перемычками до 8 мкм), прецизионных деталей электро-
вакуумной аппаратуры, обработки отверстий сложной формы в
маложестких деталях, клеймении деталей, поверхностном упроч-
нении (легировании) и др.
Электрическая эрозия происходит в результате испарения,
плавления и гидродинамического выброса расплавленного ме-
талла. Кроме того, при коротких импульсах тока для тугоплав-
ких материалов с малой пластичностью из-за термических напря-
жений может происходить хрупкое разрушение поверхностных
слоев.
На рис. XI.1 показана принципиальная схема электроэрозион-
ной обработки. Электрод-инструмент 1 и обрабатываемая деталь 2
погружены в рабочую жидкость (обычно неэлектропроводную —
керосин, масло) и соединены с генератором электрических импуль-
сов 3. Все процессы, вызывающие электроэрозионную обработку,
протекают в межэлектродном промежутке (МЭП). При подводе
напряжения в МЭП возникает электрическое поле. Максимальная
напряженность будет между наиболее близкими микровыступами
на поверхностях инструмента и детали. При определенном зна-
чении напряженности поля электрическая прочность рабочей
жидкости нарушается, происходит электрический пробой проме-
жутка и образуется канал проводимости. Возникает импульсный
разряд, и в канале разряда выделяется тепловая энергия, вслед-
ствие высокой плотности которой материал плавится и испаряется.
Количество тепла, выделяющегося на каждом из электродов,
неодинаково и зависит от их полярности, а также параметров
разряда (энергии, частоты и длительности импульсов). Обрабаты-
289
ваемую деталь соединяют с тем полюсом, на котором выделяется
большая доля тепла. В процессе обработки электрод-инструмент
перемещается и с помощью специального регулятора поддержи-
вается постоянная величина МЭП (обычно в пределах 5—100 мкм).
В результате единичного электрического разряда на обрабатыва-
Рис. XI. 1. Принципиальная схема электроэрозионной обработки:
1 — электрод-инструмент* 2 — обрабатываемая деталь} 3 — генератор импульсов; 4 —
канал разряда; 5 и 6 — металл, выплавленный из анода и катода; 7 — газовый пузырек;
8 — расплавленные частицы металла; 9 — частицы металла, застывшие в рабочей жид-
кости; 10 — рабочая жидкость
емой детали образуется лунка диаметром D и глубиной h (рис. XI.2).
Размеры лунки пропорциональны энергии импульса Wi
£ £
Д = Л1Ж3; h = k2W\
где кг и к2 — коэффициенты, зависящие соответственно от мате-
риала электродов и состава межэлектродной среды.
Рис. XL2. Профиль поверхности,
образованной в результате воз-
действия электрических импуль-
сов
При воздействии на металл серии импульсов обработанная
поверхность формируется в результате перекрытия отдельных
лунок:
=	= или W =
290
Для изменения шероховатости детали на один класс нужно
изменить энергию импульсов в 8 раз. Энергия единичного им-
пульса
уу — српр
2
где с — емкость конденсатора; уПр — напряжение пробоя МЭП
(упр = 50 4- 200 В).
Обрабатываемость материалов электроэрозионным методом за-
висит от их теплофизических свойств, электрических параметров
импульсов и свойств межэлектродной среды. Стали и жаропроч-
ные сплавы имеют примерно одинаковую обрабатываемость. При
обработке алюминия и его сплавов производительность на 30—
50% выше, чем сталей. Твердые сплавы обрабатываются в 5—
6 раз хуже, чем стали.
Таблица XI,1
Режимы электроэрозионной обработки сталей и жаропрочных сплавов
Режим обработки	Энергия импульса W в Дж	о§ Чява	Частота повторения в Гц	Максималь- ная произ- водитель- ность V в мм3/мин	Класс чистоты	Предельная точность в мм	Глубина из- мененного слоя в мм
Черновой '	1 и более	500 и более	50—103	12 000	V 2 и ниже	0,2	До 1,5
Чистовой	0,1—1	50-500	103—104	1000	V3—V5	0,05	>0,5
Презиционный	Менее 0,1	20 и менее	3-103 и более	10	V6—V8	0,005	>0,01
В табл. XI.1 приведены режимы электроэрозионной обработки.
Для обработки твердых сплавов и тугоплавких материалов, склон-
ных к образованию трещин при быстром охлаждении, применяют
импульсы малой длительности и большой скважности: 10 (скваж-
ность — отношение времени повторения импульса к его длитель-
ности). При обработке сталей производительность повышают,
применяя более продолжительные импульсы с малой скважностью.
Для повышения точности обработки и уменьшения шероховатости
на прецизионных режимах увеличивают частоту повторения
импульсов. Остаточные напряжения, возникающие в поверхност-
ном слое, — растягивающие.
При электроэрозионной обработке применяются различные
кинематические схемы формообразования поверхностей. Наиболее
просты схемы прямого и обратного копирования, т. е. когда путем
поступательного движения электрода-инструмента копируется его
форма и размеры. Прямое копирование — это изготовление отвер-
стий электродом-валом, а обратное копирование — изготовление
вала внутренней поверхностью инструмента. Электроискровая
обработка может производиться и методом обкатки2 когда обрабо-
10*	291
Рис. XI.3. Схема электроэрозион-
ной обработки матриц вырубного
штампа движущейся проволочкой
Большие объемы материала
тайная поверхность образуется как огибающая ряда последова-
тельных положений электрода-инструмента, относительно за-
готовки.
В Советском Союзе разработана прецизионная электроискро-
вая обработка ^профилированным инструментом — тонкой про-
волочкой, непрерывно движу-
щейся со скоростью 3—15 мм/с
вдоль своей оси. Этим устраняет-
ся влияние износа катода-инстру-
мента на точность обработки. Ка-
тодом служит латунная или воль-
фрамовая проволока диаметром
0,02—0,5 мм. На рис. XI.3 при-
ведена схема обработки матриц
вырубного штампа сложной фор-
мы.
В настоящее время электро-
эрозионная обработка наиболее
эффективно используется для вы-
полнения прецизионных операций,
более производительно удаляются
электрохимическим методом обработки в проточном электролите.
§ 2. Электрохимическая обработка
Электрохимическая обработка основана на явлении анодного
растворения: при прохождении электрического тока через электро-
лит на поверхности заготовки, включенной в цепь источника
постоянного тока в качестве анода, происходят химические реак-
ции и поверхностный слой переходит в окислы и гидраты металла.
На границе металл — электролит протекают электрохимические
реакции: в реакциях окисления электрон передается от ионов
в растворе к металлу, а в реакциях восстановления — от металла
к ионам в растворе.
При электрохимической обработке, например, никель-хромо-
вых сплавов в водном растворе NaCl процесс анодного растворе-
ния поверхностных слоев заготовки происходит в следующей
последовательности. Ионы хлора, находящиеся в растворе, всту-
пают в реакцию с никелем и хромом:
-Ni++ + 2С1- -> N iCl2; Cr+++ + ЗС1“ -> CrCl3.
Диссоциированные соединения хлористых никеля и хрома
вступают в реакцию со щелочью с выделением в осадок гидрата
окиси хрома и гидрата закиси никеля:
СгС13 + 3NaOH -> Cr(OH)3 + 3NaCl;
N iCI2 + 2NaOH -> Ni(OH)2 + 2NaCl.
Гидраты металлов соединяются в коллоидные частицы размером
0,1—10 мкм и располагаются на поверхности анода. На катоде
292
iz __	^1	\.
9 ““ 26,8В )’
выделяется водород. Связь между прошедшим через границу
металл — электролит электричеством и количеством растворив-
шегося металла определяется законом Фарадея: тпт = где
Къ — электрохимический эквивалент (г/А-ч), зависящий от атом-
ного веса металла и его валентности В
сила тока в А; т — время электролиза в ч.
Из закона Фарадея следует, что интенсивность электрохими-
ческого процесса прямо пропорциональна плотности тока на аноде.
Однако фактическое количество тпд растворившегося металла?
тпд < тпт. Выход по току ц = ~~ 100%^, близкий к 100%,
можно получить лишь при условии, что образующаяся на аноде
пленка окислов непрерывно удаляется каким-либо способом.
Все разновидности электрохимической обработки представ-
ляют собой развитие процесса электролитического полирования,
предложенного в 1911 г. русским химиком Е. И. Шпитальским.
Схема электрополирования простая: деталь помещают в электро-
лит и подключают к положительному полюсу источника тока
напряжением 3—12 В. Катодом служит пластина из материала,
не вступающего в химическую реакцию с электролитом. При
прохождении тока поверхность анода избирательно растворяется,
происходит уменьшение микронеровностей и появляется блеск,
т. е. достигается эффект полирования. Анодное растворение
сопровождается образованием пленки (плохо проводящей ток),
которая заполняет впадины микронеровностей, защищая их от
растворения, а гребешки ускоренно растворяются. Электрополи-
рование снижает шероховатость поверхности на два — три класса.
Состав электролита, его температуру, плотность тока на аноде
выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала и
требований к качеству поверхности. Плотность тока обычно не
превышает 1 А/см2. Электрополирование ведется со сравнительно
небольшой скоростью удаления металла (0,1—10 мм/мин).
Электрополирование применяют перед, гальваническими про-
цессами, обеспечивая прочность покрытия и снижая его пористость.
Наряду с электрополированием применяется и чисто химиче-
ский процесс — размерное травление («химическое фрезерова-
ние»): сплошное и избирательное. При избирательном травлении
места, не подлежащие обработке, защищают. Размерное травление
проводится в водных растворах щелочей и кислот. Глубина трав-
ления обычно не превышает нескольких миллиметров, а произво-
дительность примерно такая же, как и при электрополировании.
Процесс наиболее эффективен при изготовлении больших
панелей с относительно невысокими ребрами из алюминиевых и
магниевых сплавов, стали и титана. Производительность электро-
химической обработки (ЭХО) резко повышается, если вести
электролиз при высокой плотности тока (выше 10—15 А/см2) и
принудительно удалять анодную пленку. В настоящее время
293
получили развитие три метода ЭХО: анодно-гидравлический,
анодно-механический и анодно-абразивный (электроабразивный).
Первый метод, предложенный в 1928 г. советскими инженерами
В. Н. Гусевым и Л. А. Рожковым, использует условия обработки,
при которых анодные процессы сопровождаются образованием
легкорастворимых соединений. Процесс идет в условиях интенсив-
ного движения электролита (скорость более 10 м/с) и малом зазоре
между электродами (рис. XI.4). Прокачка электролита обеспечи-
вает стабильное протекание электродных реакций, непрерывное
удаление из рабочей зоны анодных пленок и отвод тепла, возни-
кающего в процессе обработки. Это достигается равномерным
гидродинамическим потоком электролита по всей обрабатываемой
поверхности. На гидродинамический режим ЭХО влияют газо-
образование, нагрев и загрязнение электролита, изменение раз-
мера межэлектродного промежутка. Для получения устойчивого
Рис. XI.4. Принципиальная схема
размерной электрохимической об-
работки:
1	— обрабатываемая деталь (анод);
2	— инструмент (катод); 3 — источник
постоянного тока (выпрямитель);
4	— насос; 5 — бак для электролита;
6 — трубопровод
и высокопроизводительного процесса электрохимической обра-
ботки в рабочем зазоре создают режим развитой турбулентности.
Электрохимическое формообразование слагается из комплекса
взаимосвязанных процессов: электродных и газодинамических,
массо- и теплопереноса, движения зарядов в электрическом поле
и электрохимических реакций в потоке электролита. Если элек-
тролиты образуют на аноде прочные пленки, то для их удаления
используют движущийся металлический инструмент — диск или
ленту (анодно-механическая обработка). Анодно-механическая
обработка применяется обычно для разрезки заготовок из труд-
нообрабатываемых сплавов. Наконец, если па поверхности детали
образуются очень прочные анодные пленки, то для их удаления
применяют абразивный или алмазный инструмент с электропрово-
дящей связкой (электроабразивная, электроалмазная обработка).
Схема электроабразивной обработки показана на рис. XI.5. Элек-
тропроводный абразивный круг 1 скользящим контактом 2 сое-
динен с отрицательным полюсом источника тока 5, а заготовка 3
через реостат 4 — с положительным полюсом. В зону обработки
подается электролит. Электроабразивное шлифование эффективно
для материалов, обладающих низкой шлифуемостью (твердых
сплавов, тугоплавких металлов и др.). При этом способе удается
в 3—4 раза уменьшить износ кругов, устранить их засаливание,
на один — два класса уменьшить шероховатость обработанной
294
поверхности, повысить производительность процесса (путем уве-
личения подач и скорости детали), исключить появление прижогов
и микротрещин на обработанной поверхности. Анодно-абразивная
обработка применяется для шлифования, заточки и галтовки
(очистки и снятия заусенцев) де-
талей и инструмента".
Наибольшее применение по-
лучила электрохимическая обра-
ботка в проточном электролите,
которая обладает высокими тех-
нологическими возможностями:
формообразование деталей слож-
ной формы, обработка сквозных
и глухих отверстий (рис. XI.7),
фасонных пазов и щелей и других
операций. ЭХО имеет несколько
Рис. XI.5. Схема электроабразив-
ной обработки
разновидностей: с неподвижными и подвижными катодами, одно-
сторонняя или двусторонняя обработка. Наиболее эффективен
этот метод при одновременной обработке спинки и корыта турбин-
ных лопаток (рис. XI.6).
В настоящее время, применяются различные кинематические
схемы и операции ЭХО: прямое и обратное копирование, обра-
ботка тел вращения (рис. XI.8),
снятие заусенцев (рис. XI.9),
Рис. XI.6. Схема электрохимиче-
ской обработки турбинных лопа-
ток:
1 —. корпус; 2 — крышка; 3 — обра-
батываемая деталь; 4 — подвижные
катоды-инструменты
Рис. XI.7. Схема электрохимиче-
ской обработки отверстий:
а — с наружным подводом электроли-
та; б — с внутренним подводом элек-
тролита
калибровка шлицевых отверстий после термической обработки,
сложноконтурное вырезание из листового материала тонкой про-
волокой, помещенной внутри струи электролита, вытекающей со
скоростью 10—30 м/с.
Для данного обрабатываемого материала и состава электролита
электрохимический процесс определяется многими параметрами:
295
напряжением источника питания, скоростью подачи катода,
температурой, концентрацией, электропроводностью, и кинемати-
ческой вязкостью электролита на входе в зазор, давлением (рас-
ходом) электролита и расходом сжатого газа, подаваемого в элек-
тролит.
Производительность ЭХО деталей сложной формы из трудно-
обрабатываемых материалов выше обработки резанием в 5 и более
раз, себестоимость операций при этом снижается от 2 до 7 раз.
Однако при обработке деталей простой формы ЭХО по производи-
тельности и экономичности уступает процессу резания.
Рис. XI.9. Схема электрохи-
мического снятия заусенцев:
а — в трубопроводах! б — с зубьев
шестерен

Недостатки ЭХО: 1. Сравнительно невысокая точность обра-
ботки, которая пока не превышает 0,2—0,3 мм. 2. Высокая энер-
гоемкость процесса, достигающая 20—40 кВт -ч/кг снятого металла
(при электроэрозионной обработке 6—12 кВт-ч/кг). 3. Острые
кромки деталей получаются закругленными радиусом от 0,2 до
1 мм. 4. При обработке некоторых материалов, например тита-
новых сплавов, происходит растравливание по границам зерен,
что вызывает снижение прочности деталей.
Однако несмотря на указанные недостатки электрохимическая
обработка в проточном электролите является одним из перспек-
тивных и развивающихся методов обработки деталей сложной
формы из труднообрабатываемых материалов.
§ 3. Ультразвуковая обработка
Ультразвуковые методы обработки основаны на использовании
энергии ультразвуковых колебаний (/	18 кГц). Источником
ультразвука обычно являются магнитострикционные преобразова-
296
тели, возбуждаемые от ультразвукового генератора. Известны
четыре области применения энергии ультразвуковых колебаний
при механической обработке: а) обработка мелких деталей свобод-
ным абразивом; б) размерная ультразвуковая обработка хрупких
материалов; в) очистка кругов в процессе шлифования; г) приме-
нение ультразвука для облегчения обычных процессов резания
вязких материалов (рис. XI.10). При обработке по первой разно-
видности (рис. XI. 10, а) детали (небольших размеров) помещают
в абразивную суспензию, в которой возбуждаются интенсивные
ультразвуковые колебания. Под действием гидродинамических
потоков абразивные зерна и детали двигаются с различными ско-
ростями (уа уд), происходит декоративное шлифование и сня-
тие заусенцев (до 0,05 мм).
Рис. XI. 10. Принципиальные схемы ультразвуковых методов механи-
ческой обработки
Значительно большие возможности имеет размерная ультра-
звуковая обработка (рис. XI.10, б). Инструмент 1 совершает
продольные колебания с ультразвуковой частотой и небольшой
амплитудой (Л = 20 -и 50 мкм). Инструмент прижимается к за-
готовке 2 со статической силой РСт = 2 -ь 15 кгс (20—147 Н).
В рабочую зону, т. е. в пространство между колеблющимся тор-
цом инструмента 1 и заготовкой 2, подается взвешенный в воде
абразив 5, обычно зерна карбида бора. Размер выкалываемых
частиц материала заготовки небольшой. Однако количество ударов
велико, и при определенных условиях процесс идет достаточно
эффективно.
Ультразвуковая обработка состоит из двух основных процес-
сов: 1) ударного внедрения абразивных зерен, вызывающего выка-
лывание небольших частиц материала детали; 2) процесса цирку-
ляции и смены абразива в рабочей зоне (под торцом инструмента),
в результате которого происходит унос выколотых частиц и до-
ставка свежего абразива.
Производительность и другие характеристики процесса в зна-
чительной степени зависят от физико-механических свойств обра-
батываемых материалов, площади инструмента и глубины обра-
ботки, амплитуды колебаний, зернистости абразива и статической
297
нагрузки. Материалы, имеющие критерий хрупкости (критерий
хрупкости — отношение сопротивления сдвигу о к сопротивлению
на отрыв т) более 2 (стекло, ситаллы, керамика, германий, крем-
ний и др.), наиболее эффективно обрабатываются ультразвуковым
методом.
Главное движение при ультразвуковой обработке — продоль-
ные колебания инструмента с ультразвуковой частотой. Скорость
главного движения v = м/с, где / — частота колебаний в Гц;
А — амплитуда колебаний в мм.
Подача может быть различной: продольная $пр, поперечная $пп
и круговая sKp (вращение детали или инструмента). В зависимости
от вида подачи, их комбинации, а также формы инструмента можно
осуществлять различные кинематические схемы ультразвуковой
обработки. В СССР предложена схема ультразвуковой обработки
движущейся проволочкой. Наибольшее применение получили
кинематические схемы прямого и обратного копирования, имею-
щие очень простую кинематику — главное движение v и продоль-
ную подачу 5пр.
В табл. XI.2 приведены данные по производительности, выра-
женной величиной продольной подачи $, относительному износу
инструмента, шероховатости и точности ультразвуковой обра-
ботки неглубоких отверстий. Для повышения производительности,
особенно при обработке отверстий глубиной более 10 мм, приме-
няют прокачку абразива под давлением или вакуумный отсос
его из зоны обработки. Обработку глубоких отверстий малого
диаметра (D = 3 4- 8 мм; h до 500 мм) целесообразно вести вра-
щающимися алмазными трубчатыми сверлами на металлической
связке при сообщении инструменту ультразвуковых колебаний
малой амплитуды (Л = 10 мкм). В МАИ для этой цели разрабо-
таны ультразвуковые головки с магнитострикционными и пьезо-
керамическими преобразователями. Эти головки можно устанав-
ливать на обычных металлорежущих станках.
Таблица XI.2
Основные характеристики размерной ультразвуковой обработки
Обрабатываемый материал	Производи- тельность в мм/мин	Относитель- ный износ инструмен- тов в %	Класс чистоты	Точность обработки в мм
Стекло, кварц, ситаллы Керамика ЦМ332 ....	5—20	0,5—1	4—6	0,05—0,10
	2-6	2-10	6—7	0,05—0,10
Твердые сплавы .... Германий, кремний, фер-	0,05—0,3	40—100	6—8	0,02—0,05
риты	 Закаленная сталь	3—8	1—2	6—7	0,03—0,10
(HRC> 55—60)		0,05—0,10	120-200	6-8	0,03-0,10
Жаропрочные сплавы	0,02—0,08	150—200	5-7	0,08—0,10
298
Преимущество ультразвукового метода перед электроэрозион-
ным и электрохимическим — возможность обработки диэлектри-
ков и полупроводников, а при обработке электропроводящих
материалов — более высокое качество поверхностного слоя.
Область применения размерной ультразвуковой обработки:
изготовление деталей сложной конфигурации из стекла, кварца,
ситаллов в приборостроении и оптической промышленности, обра-
ботка деталей из феррита, фарфора и специальных керамик, полу-
проводниковых материалов (германия и кремния), чистовая обра-
ботка фильер из технических алмазов, изготовление твердосплав-
ных матриц сложной формы.
Перспективным направлением развития физико-химических
методов обработки является совмещение различных процессов.
Например, предложенный в МАИ способ, который основан на
совмещении ультразвуковой и электрохимической обработки,
позволил значительно повысить производительность процесса и
улучшить качество поверхностного слоя. При обработке деталей
из твердых сплавов совмещенный способ обеспечивает производи-
тельность, в десятки раз более высокую, чем электроэрозионный,
и в 5—6 раз большую, чем ультразвуковой, позволяет в 5 раз
снизить износ инструмента и в 3—5 раз уменьшить энергоемкость
процесса.
Представляет интерес предложенный в СССР способ приме-
нения ультразвука при шлифовании труднообрабатываемых мате-
риалов (рис. XI.10, в). Сверху круга с небольшим зазором располо-
жен торец колеблющегося с ультразвуковой частотой концентра-
тора 3, который возбуждает колебания в охлаждающей жидкости.
Возникающая в жидкости под действием ультразвука кавитация
способствует очистке и смазке зерен и пор круга 1. Высота микро-
неровностей шлифуемых деталей 4 снижается примерно на один
класс, а стойкость круга увеличивается в 2—3 раза.
Применение ультразвука для интенсификации обычных про-
цессов резания труднообрабатываемых материалов путем сообще-
ния вынужденных колебаний инструменту 1 (рис. XI.10, г) наи-
более эффективно при работе с малыми сечениями среза, например
при нарезании резьбы метчиками.
§ 4. Электронно-лучевая и лазерная обработка
/
Электронно-лучевая обработка основана на использовании
кинетической энергии сфокусированного пучка электронов. Меха-
низм процесса состоит в локальном испарении или сублимации
вещества из зоны касания электронного луча в результате пре-
образования кинетической энергии электронов в тепловую. При
электронно-лучевой обработке вольфрама, молибдена и ниобия
к. п. д. превращения кинетической энергии в тепло около 75%.
При нагревании металла электроны могут получить скорости
в направлении, перпендикулярном к поверхности тела, достаточ-
299
ные для преодоления потенциального барьера (термоэлектронная
эмиссия). Очень высокие скорости можно сообщить электронам
лишь в среде, имеющей достаточный вакуум, и при использовании
высоких ускоряющих напряжений. Современные средства элек-
тротехники и электронной оптики позволяют регулировать вели-
чину кинетической энергии электронов, а также фокусировать эту
энергию на весьма малых пло-
щадях. Плотность энергии
может достигать высоких зна-
чений (108—109 Вт/см2). При
этом скорость электронов в
пучке достигаете—17 -104м/с.
При ударе о поверхность за-
Рис. XI.11. Блок-схема электронно-
лучевой обработки:
1 — генератор импульсов; 2 — импульс-
ный трансформатор; 3 — источник напря-
жения возбуждения и накала; 4 — катод;
5 — источник высокого напряжения;
6 — электромагнитная юстировка; 7 —
диафрагма; 8 — корректор изображения;
9 — магнитная линза; 10 — источник пи-
тания линзы; 11 — контрольный контур;
12 — катодный осциллоскоп; 13 — обра-
батываемая деталь; 14 — рабочий стол
Рис. XI. 12. Схема распро-
странения тепловых потоков
при стационарном (а) и им-
пульсном (б) режимах элек-
тронно-лучевой обработки
готовки огромная кинетическая энергия электронов превращается
в тепловую и материал плавится и испаряется.
Установка для электронно-лучевой обработки (рис. XI.11)
состоит из электронной пушки, в которой формируется мощный
электронный луч, вакуумной или рабочей камеры (вместе с устрой-
ствами для точной установки и перемещения заготовки), вакуум-
ных насосов, создающих вакуум порядка 10'5 см рт. ст.
(1,33 -10”2 Па), контрольной системы, управляющей электронным
лучом и его траекторией, высоковольтного источника энергии,
приборов для контроля и наблюдения за ходом процесса.
300
Для уменьшения энергии, рассеиваемой в материале детали,
применяется импульсный режим работы. При стационарном ре-
жиме энергия пучка рассеивается практически одинаково во всех
направлениях (рис. XL12, а), а в импульсном режиме эта энергия
концентрируется (рис. XI.12, б). Паузы между импульсами выби-
рают такими, чтобы потери энергии на рассеивание были неболь-
шими. Импульсный режим позволяет регулировать энергию
нагрева и управлять скоростью съема металла. В существующих
установках длительность импульса изменяется от 10“2 до 10~6 с,
а частота повторения — от 50 до 5000 Гц.
Электронно-лучевым методом можно обрабатывать как элект-
ропроводящие, так и неэлектропроводящие материалы с любыми
механическими свойствами. Однако предпочтительнее обработка
Рис. XI. 13. Фильеры из нержавеющей стали (толщиной 0,5 мм)
для изготовления синтетического волокна
деталей из электропроводящих материалов или деталей с токо-
проводящими покрытиями. В этом случае статический заряд отво-
дится путем заземления обрабатываемой детали. Наличие статиче-
ского заряда оказывает дефокусирующее действие на поток элек-
тронов. Электронно-лучевая обработка успешно применена для
вырезания микродиодов, изготовления тонких пленок и сеток
из медной фольги, фильер (рис. XI.13), а также для изготовления
алмазных волок. Обычно диаметр получаемого отверстия (или
ширина канавки) на 10% больше диаметра электронного пучка.
Обработанные отверстия имеют небольшую конусность. Необхо-
димая плотность энергии зависит от свойств обрабатываемых
материалов и требуемой площади обработки.
Преимущества электронно-лучевой обработки: отсутствие хими-
ческого взаимодействия между пучком электронов и обрабатывае-
мым материалом, возможность обработки очень малых отверстий и
узких прорезей (до 0,01 мм), легкость автоматизации обработки
небольших контуров (размером 6x6 мм) путем программиро-
вания, возможность обработки труднодоступных мест.
Недостатки электронно-лучевой обработки: необходимость со-
здания вакуума (на это требуется 15—20 мин), сложность, гро-
моздкость и высокая стоимость оборудования, склонность к дуго-
образованию при возникновении встречного потока ионов при
301
испарении обрабатываемого материала, необходимость защиты
обслуживающего персонала от жесткого рентгеновского излу-
чения.
Обработка сфокусированным световым лучом. В последние годы
оптические квантовые генераторы, часто называемые лазером,
начали применять для сверления, разрезки, сварки и других
видов микрообработки материалов. Действие лазера основано на
использовании внутренней энергии атомов и молекул некоторых
веществ. Лазеры работают в импульсном режиме. Энергия их
светового импульса невелика. Но эта энергия сфокусирована
в луче диаметром около 0,01 мм и выделяется в миллионные доли
секунды. При такой концентрации энергии и ее мгновенном вы-
делении обрабатываемый материал нагревается до высоких тем-
ператур, плавится и испаряется.
Квантовые генераторы света открыты советскими физиками
Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым, а также Ч. X. Таунсом
(США). В настоящее время наиболее распространены лазеры,
в которых активным элементом являются синтетический рубин и
неодимовое стекло. В квантовых генераторах используется прин-
цип молекулярного генерированного излучения, который заклю-
чается в следующем. Атомы могут находиться лишь в определен-
ных энергетических состояниях, т. е. на определенных энергети-
ческих уровнях. Переход из одного энергетического состояния
в другое сопровождается излучением или поглощением определен-
ного количества энергии — кванта.
Переход с высокого энергетического состояния на низкий
может быть самопроизвольным, например, в обычных источниках
света — лампах накаливания. Здесь атомы переходят на верхний
энергетический уровень вследствие нагревания нити накаливания,
а возвращаясь затем на низкий уровень, излучают свет. Однако
фазы излучения атомов в этом случае беспорядочны: происходит
излучение без определенной общей фазы — некогерентное излу-
чение. Другая картина будет при когерентном излучении, когда
переход атомов стимулируется (индуцируется) внешней электро-
магнитной волной той же частоты и происходит одновременно
(с одной фазой) излучение атомов.
Источник когерентного света представляет собой систему ато-
мов, которые внешним источником энергии переведены на верхний
энергетический уровень в «возбужденное состояние», а затем
одновременно излучают мощный поток энергии.
Оптический квантовый генератор состоит из трех основных
элементов: активного вещества, являющегося источником инду-
цированного излучения, источника возбуждения (подкачки), кото-
рый снабжает энергией активное вещество, и резонансной системы.
Когда энергия импульса лампы вспышки превышает определенную
величину, наблюдается увеличение интенсивности излучения
в 1000 раз, и с помощью линзы оно фокусируется в узкий пучок
(рис. XI.14). Оптическая подкачка осуществляется одной или
302
несколькими лампами (вспышками), снабженными рефлекторами-
отражателями. Резонансной системой служит стержень из рубина
или неодимового стекла, торцы которого отполированы и пред-
ставляют собой зеркала, причем один торец покрыт плотным не-
прозрачным слоем серебра, а другой торец, также посеребренный,
имеет коэффициент пропускания около 8%.
Оптический квантовый генератор работает следующим образом.
При разряде конденсатора происходит возбуждение световых коле-
баний: появляется вспышка света длительностью около 0,001 с.
Свет с помощью отражателя фокусируется на стержень, в резуль-
тате чего его атомы переходят в возбужденное состояние. Когда
больше половины атомов приходит в возбужденное состояние, то
равновесие становится неустойчивым и вся запасенная в кристалле
Рис. XI. 14. Схема светйлучевой
обработки:
1 — отражатель; 2 — импульсная газо-
разрядная лампа; з — активное веще-
ство; 4 — линза; 5 — обрабатываемая
деталь; 6 — батарея конденсаторов;
7 — источник питания для зарядки
конденсатора
энергия одновременно освобождается и кристалл испускает осле-
пительно яркий свет. Лучи света, испускаемые квантовым гене-
ратором, направлены: расходимость луча обычно не превышает
один градус. Теоретически величина наименьшей расходимости
1 2 2 А,
0 = -Ч—, где X — длина волны излучения; d3 — диаметр актив-
на
ного элемента.
Интенсивность процесса лазерной обработки V зависит от
положения фокуса линзы относительно обрабатываемой поверх-
ности, теплофизических и оптических характеристик обрабаты-
ваемого материала, энергетических параметров светового луча:
у  Лпр^а W и
Рс^пл (ТПл — То) ’
где Цпр — коэффициент, зависящий от свойств среды, длитель-
ности импульсов и характеристик управляющей оптики; км —
коэффициент поглощения материала; /и —• частота импульсов;
Гпл ” температура плавления материала; TQ — начальная тем-
пература материала; Ьпл — удельная теплота плавления; р —
303
плотность материала заготовки; с — удельная теплоемкость мате-
риала заготовки.
Энергия лазера W, требуемая для обработки отверстия диа-
метром d на глубину h:
W = ?-d^LQ + 2Lnn),
где Lq — удельная энергия испарения единицы объема. При обра-
ботке нержавеющей стали производительность V = 50 мм3/мин,
а керамики 30 мм3/мин. При энергии импульса лазера около
350 Дж наибольшая глубина обрабатываемых отверстий ъ сталь-
ных образцах равна 12 мм [40].
Область применения квантовых генераторов примерно такая
же, как и электронно-лучевого метода. Однако имеются некото-
рые различия. Электронный луч в силу своей инерционности
проникает глубже в материал. Световой луч безинерционен,
поэтому глубина его проникновения невелика. Глубина обра-
ботки лазером зависит от теплопроводности материала детали,
так как нижние слои получают энергию в результате теплопровод-
ности. Электронный луч легче обрабатывает материал с малой
плотностью р, так как он оказывает меньшее тормозящее действие
потоку электронов. Чем меньше теплопроводность К и выше плот-
ность р, тем более интенсивно идет обработка лазером, так как
возрастает концентрация энергии.
В СССР и за рубежом выпущены опытные образцы светолуче-
вых установок, в том числе и с программным управлением. Пре-
имущества обработки световым лучом перед электронно-лучевой
обработкой: возможность обработки крупногабаритных деталей,
не требуется вакуумных камер — обработка ведется в воздушной
среде; не нужна специальная запщта обслуживающего персонала,
необходимы лишь защитные очки; меньшие габаритные размеры
оборудования.
Недостатки обработки световым лучом: сравнительно неболь-
шая_излучаемая мощность, мощность подкачки в 1000—3000 раз
больше излучаемой мощности; низкий к. п. д. квантовых генера-
торов, объясняющийся большими тепловыми потерями в кристал-
лической решетке активного материала и малой эффективностью
ламп подкачки (в существующих установках к. п. д. лазеров
менее 1%); перегрев кристалла и трудности его охлаждения;
низкая точность обработки (3—7-й класс), небольшой срок службы
ламп подкачки.
Эффективно использование в одном технологическом процессе
нескольких методов. Например, использование светового луча и
ультразвуковой размерной обработки для алмазных волок и
фильер, позволило сократить время черновой обработки с десят-
ков часов до нескольких минут, а продолжительность чистовой
обработки ультразвуковым методом в 4—5 раз.
Раздел II. Металлорежущие станки
Глава XII
Общие сведения о станках
§ 1. Классификация станков
Металлорежущие станки являются основным видом оборудова-
ния современных машиностроительных заводов. Если в дореволю-
ционной России парк металлорежущих станков составлял 75 тыс.
единиц, то в настоящее время на отечественных машиностроитель-
ных заводах парк станков составляет более 3,5 млн. единиц. По
количеству станков Советский Союз занимает первое место в мире.
Станкостроительная промышленность СССР обладает большой
мощностью и широкими возможностями для проектирования и
изготовления любых металлорежущих станков и автоматических
линий. Наряду с увеличением количества выпускаемых станков
значительно расширяются и обновляются их номенклатура и
типоразмеры.
Для более удобного пользования станки классифицируют на
группы в зависимости от характера производимых на них работ и
применяемых режущих инструментов. По классификации, пред-
ложенной ЭНИМСом для станкостроительной промышленности,
все станки делятся на девять групп (табл. XII.1). Каждая из
указанных групп станков, в свою очередь, подразделяется на
подгруппы по следующим основным признакам: а) по виду обра-
ботки и применяемого на станке инструмента; б) степени автома-
тизации станка; в) числу важнейших рабочих органов станка (или
инструментов) и их расположению; г) технологическим и кон-
структивным особенностям станка и его эксплуатационным харак-
теристикам и др.
Система классификации и нумерации (условного обозначения)
станков отечественного производства основана на присвоении
каждой модели станка определенного номера. Обозначение модели
(типа) станка состоит из трех (или четырех) цифр, иногда с добав-
лением прописных букв, обозначающих дополнительную характе-
ристику станка. Первая цифра указывает группу, к которой
относится станок (см. табл. XII.1); вторая обозначает подгруппу
станка в пределах данной группы; третья (а при четырехцифровом
305
Классификация станков, применяемая
Станки	Груп- пы	Под			
		0	1	2	3
Токарные	1		Автоматы и полуавтоматы		Револьверные
			одношпин- дельные	многошпин- дельные	
Сверлильные и расточные	2	Верти- кальные резьбона- резные	Вертикально- сверлильные	—	—
Станки для абразивной об- работки	3	-	Круглошлифо- вальные	Внутришлифо- вальные	Обдирочно-шли- фовальные и торцошлифо- вальные
Станки для электрофизиче- ской и электро- химической обработки; ком- бинированные станки	4	—	Универсальные	Полуавтоматы	Автоматы
Зубо7 и резь- бообрабаты- вающие	5	—	Зубодолбежные для цилиндриче- ских колес	Зуборезные, для конических колес	Зубофрезерные для цилиндри- ческих колес и шлицевых валов
Фрезерные	6	—	Вертикально- фрезерные консольные	Фрезерные не- прерывного действия	Продольно-фре- зерные одно- стоечные
Строгальные, долбежные и протяжные	7	—	Продольно-строгальные		Поперечно- строгальные
			одностоечные	двухстоечные	
Разрезные	8	—	Отрезные		
			—	Абразивно-от- резные	—
Разные	9	—	-	—	—
306
Таблица Xll.l
в станкостроительной промышленности
группы					9
4	5	6	1 7	8	
—	Карусельные	Токарные, токарно-вин- торезные и лоботокар- ные	Многорез- цовые	Специализиро- ванные	Разные токарные
Координатно- расточные	Радиально- сверлильные	Горизонталь- но-расточные	Отделочно- расточные	Горизонтально- сверлильные и центровальные	Разные свер- лильные и расточные
Специализи- рованные шлифоваль- ные	—	Заточные	Плоскошли- фовальные	Притирочные, полировальные и хонинговаль- ные	Разные стан- ки, работа- ющие абра- зивным ин- струментом
Электрохими- ческие	Электро- искровые	—	Электроэро- зионные, ультразву- ковые	Анодно-механи- ческие	—
Зубофрезер- ные для на- резания чер- вячных пар	Для обработ- ки торцов зубьев колес	Резьбофре- зерные	Зубоотделоч- ные	Зубо- и резьбо- шлифовальные	Разные зубо- обрабатываю- щие
Копироваль- ные и грави- ровальные	Вертикально- фрезерные с крестовым столом (бе- сконсоль- ныс)	Продольно- фрезерные двухстоечные	Широ^оуни- версальные	Горизонтальные консольные	Разные фрезерные
Долбежные	Протяжные горизон- тальные	Протяжные вертикальные		—	Разные к строгальные
		для внутрен- него протя- гивания	для наруж- ного протя- гивания		
—	Ленточно- пильные	Дисковые круглопиль- ные	Пилы ножо- вочные	—	—
—	—	—	Балансиро- вочные	—	—
307
обозначении — третья и четвертая) условно характеризует основ-
ные технологические особенности станка (например, наибольший
диаметр обрабатываемой детали, наибольший диаметр инстру-
мента, размеры стола и др.).
Прописная буква после первой цифры указывает на модерниза-
цию (улучшение) станка. Буква, стоящая после всех цифр, обозна-
чает модификацию (видоизменение) базовой модели станка или
технологические особенности его (например, повышенной точ-
ности).
Рассмотрим несколько примеров.
1.	Станок 1124. Первая цифра 1 означает, что станок относится
к токарной группе; вторая цифра 1 указывает на подгруппу —
одношпиндельный автомат; последние две цифры обозначают
наибольший диаметр обрабатываемого прутка — 24 мм.
2.	Станок 2150. Цифра 2 означает, что это вторая группа
(сверлильный); 1 — вертикальный; 50 — максимально допусти-
мый диаметр сверла в мм.
3.	Станок 3740 — плоскошлифовальный с круглым столом
диаметром 400 мм.
4.	Станок 6Р82 — горизонтальный консольный станок № 2
(с размерами стола 320 х 1250 мм), модернизированный.
Для обозначения моделей специализированных и специальных
станков каждому станкостроительному заводу присвоен индекс из
двух букв. В обозначении модели такого станка к буквам добав-
ляются цифры, указывающие номер выпускаемого специального
станка. Например, ЕЗ-2 — специальный зубодолбежный станок
для глобоидных червяков, выпускаемый Егорьевским заводом
зуборезных станков. Московский станкостроительный завод «Крас-
ный пролетарий» имеет индекс МК, Горьковский завод фрезерных
станков — ГФ.
По степени универсальности и специализации станки делят на
универсальные, специализированные и специальные.
Универсальные, или станки общего назначения, пред-
назначены для выполнения различных операций при обработке
деталей разнообразной номенклатуры.
Специализированные станки предназначены
для обработки деталей одного наименования или немногих наи-
менований, сходных по конфигурации, но имеющих различные
размеры, например, ступенчатых валиков, колец подшипников
качения, труб, муфт и т. п. Специализированные станки исполь-
зуются главным образом в серийном производстве.
Специальные станки служат для обработки одной
определенной детали (или деталей одного типоразмера), например
лопаток газовых турбин. Станки этого рода используются глав-
ным образом в массовом производстве, иногда и в крупносерийном.
В зависимости от веса (массы) и габаритных размеров станки
делятся на категории: нормального веса (массы) до 10 т; круп-
ные — весом (массой) от 10 до 30 т; тяжелые станки — весом
308
(массой) от 30 до 100 т; особо тяжелые или уникальные станки —
весом (массой) свыше 100 т.
Исключением из этой градации являются станки внутришли-
фовальные, хонинговальные и зубообрабатывающие, для которых
крупные станки — весом (массой) от 10 до 20 т, тяжелые — от
20 до 60 т и особо тяжелые — более 60 т.
По точностным характеристикам современные станки, согласно
разработанным ЭНИМСом руководящим материалам, делятся на
следующие группы: нормальной точности Н, повышенной точ-
ности П, высокой точности В, особо высокой точности А, особо
точные С. Основную группу станков нормальной точности состав-
ляют различные станки, предназначенные для изготовления дета-
лей средних размеров в пределах 2—3-го классов точности.
Станки повышенной точности, как правило, изготовляются на
базе станков нормальной точности и отличаются от последних
в основном более точным исполнением или подбором отдельных
деталей, а также особенностями монтажа. Отклонения при обра-
ботке деталей на этих станках составляют 0,6 от отклонений,
получающихся на станках нормальной точности.
При обработке на станках высокой точности эти отклонения
составляют 0,4, а на станках особо высокой точности — 0,25 от
отклонений, получающихся при работе на станках нормальной
точности. Высокая точность обработки на этих станках дости-
гается конструктивными особенностями отдельных элементов
станков, а также высокой точностью их изготовления и специаль-
ными условиями эксплуатации.
Особо точные станки изготовляются индивидуально; коэффи-
циент точности обработки (отклонение по сравнению с отклоне-
ниями, получающимися на станках нормальной точности) состав-
ляет 0,16. Эти станки используются, при необходимости получения
наивысшей точности обработки — при изготовлении деталей типа
делительных колес и дисков, эталонных колес, измерительных
винтов и др.
§ 2. Классификация движений в станках
Для осуществления процесса резания на станке необходимо
наличие относительного движения между заготовкой и режущим
инструментом. Поэтому каждый станок имеет ряд рабочих органов,
которым сообщаются движения, определяемые назначением станка
и характером выполняемых на нем работ. Рабочими органами стан-
ка являются шпиндель, суппорт, стол, инструментальная го-
ловка и др. Требуемое относительное перемещение может совер-
шаться либо инструментом, либо заготовкой или чаще всего
сочетанием движений обрабатываемой заготовки и инструмента.
Движения на станках делятся на две категории: основные движе-
ния (движения формообразования), к которым относятся главное
движение, движение подачи, а в некоторых группах станков также
309
движение деления, движение огибания, движение дифференциала,
и вспомогательные движения.
Под главным движением понимают то движение, которое необхо-
димо для осуществления процесса резания и определяющее вели-
чину скорости резания. Иногда это движение называют движением
резания. В станках главное движение бывает двух видов — вра-
щательное и прямолинейное и сообщается либо заготовке, либо
инструменту. В большинстве станков главное движение является
вращательным. Так, в станках токарной группы главное движе-
ние — это вращение обрабатываемой заготовки, а в станках фре-
зерных, сверлильных и шлифовальных — вращение инструмен-
тов.
В отдельных типах станков главное движение получается
в результате относительного движения с различными скоростями
детали и инструмента (например, в некоторых токарных автоматах
при нарезании резьбы). В строгальных, долбежных, протяжных
и некоторых зубообрабатывающих станках главное движение
возвратно-поступательное.
Под движением подачи понимают то из движений, которое опре-
деляет один из размеров сечения срезаемого слоя (стружки).
Оно может быть как непрерывным (в токарных, фрезерных, свер-
лильных и других станках), так и прерывистым — периодическим
(например, в строгальных станках). В некоторых станках имеется
несколько движений поДач. Например, в круглошлифовальных
станках имеется окружная подача (вращательное движение
детали); продольная подача (продольное перемещение детали или
круга). Кроме того, в конце продольного хода детали шлифоваль-
ному кругу сообщается поперечная подача (см. рис. Х.З).
Главное движение и движение подачи являются обязатель-
ными для всех групп станков, за исключением протяжных станков,
в которых движение подачи отсутствует, а сечение срезаемого слоя
определяется размерами и конструкцией протяжки.
Вспомогательными (установочными) движениями на станке
называются те, которые не имеют непосредственного отношения
к процессу резания и служат для транспортирования и зажима
заготовки или инструмента, подвода и отвода рабочих органов,
установки скоростей и подач и т. п.
§ 3. Кинематические схемы станков,
их анализ и настройка
Несмотря на большое количество и разнообразие конструкций
станков, в их механизмах и движениях есть много общего и сход-
ного. Это в значительной мере облегчает их изучение и позволяет
установить для большинства из них общую методику настройки.
Для анализа движений различных органов станков применяют
упрощенные, условные схемы механизмов, дающие наглядное
представление о кинематике станков и в некоторой степени пред-
310
ставление об их конструкции. Такие схемы называются кинема-
тическими, и для их вычерчивания применяют условные обозна-
чения (согласно ГОСТ 2.770—68), основные из которых приведены
в табл. XII.2.
Кинематическая схема станка (см. рис. XIV.2) состоит из от-
дельных кинематических цепей, представляющих собой систему
последовательно расположенных взаимодействующих звеньев,
связывающих движение одного рабочего органа станка с другим
или с источником движения. Взаимодействующими звеньями
чаще всего являются зубчатые
винт и гайка, кулачки, по-
водки и др. Кинематические
цепи могут иметь как посто-
янные взаимодействующие
звенья, так и сменные. Груп-
па сменных взаимодействую-
щих элементов называется
узлом настройки. Сменными
элементами чаще всего яв-
ляются зубчатые колеса, ку-
лачки, шкивы.
Под настройкой станка
понимается координирование
движений отдельных его ор-
ганов для осуществления не-
обходимого относительного
движения между обрабаты-
ваемой заготовкой и режу-
щим инструментом. При ра-
счете движений конечных
колеса, шкивы, звездочки, ходовой
Рис. XI 1.1. Упрощенная кинематиче-
ская схема токарно-винторезного станка
звеньев кинематической цепи перемещение одного из них прини-
мают за исходное. Чаще всего это один оборот, или линейное пе-
ремещение на единицу длины. Перемещение другого конечного
звена должно иметь при этом вполне определенную величину.
Такие перемещения конечных звеньев кинематической цепи, из
которых одно принято исходным, а другое — вычисляемым, на-
зываются расчетными перемещениями.
Уравнение, связывающее расчетные перемещения конечных
звеньев кинематической цепи, называется уравнением кинемати-
ческого баланса. Оно служит основой для определения передаточ-
ных отношений узла настройки.
В качестве примера рассмотрим настройку токарно-винторез-
ного станка для нарезания резьбы (рис. XII.1). На схеме обозна-
чено: ггх — частота вращения электродвигателя в об/мин; п —
частота вращения обрабатываемой детали в об/мин; s — величина
продольной подачи резца в мм/об; £р — шаг нарезаемой резьбы
в мм; tx — шаг ходового винта в мм; dx и d2 — диаметры шкивов
соответственно ведущего и ведомого в мм; z2, zq — числа
311
Условные обозначения, применяемые на кинематических схемах станков
Таблица XII. 2
Название
Условное обозначение.
Название
Условное обозначение
Вал
Соединение валов:
а)	глухое
б)	глухое с предохранением
от перегрузки
в)	эластичное
г)	шарнирное
д)	телескопическое
е)	плавающей муфтой
ж)	зубчатой муфтой
з)	предохранительной муф-
той
Соединение детали с валом:
а)	свободное при вращении
б)	подвижное без враще-
ния
в)	при помощи вытяжной
шпонки
г)	глухое
Подшипники скольжения:
а)	радиальный
б)	радиально-упорный од-
носторонний '
в)	радиально-упорный дву-
сторонний
Подшипники качения:
а)	радиальный (общее обоз-
начение)
б)	радиально-упорный од-
носторонний
в)	радиально-упорный дву-
сторонний
Передача плоским ремнем
сс
Передача клиновидным рем-
нем
Передача круглым ремнем
Передача цепью
Передача цилиндрическими
зубчатыми колесами
Передача коническими зуб-
чатыми колесами
Червячная передача
12
Реечная передача
Винтовая передача:
а)	гайка неразъемная
б)	шариковая винтовая пе-
редача
в)	гайка разъемная
Муфты сцепления кулачко-
вые:
а)	односторонняя
б)	двусторонняя
Муфты сцепления фрикцион-
ные:
а) односторонняя
б)	двусторонняя
в)	односторонняя электро-
магнитная
г)	односторонняя гидравли-
ческая или пневматиче-
ская
Продолжение табл. XII.2
Название	Условное обозначение	Название
д)	конусная односторонняя е)	конусная двусторонняя ж)	дисковая односторонняя з)	дисковая двусторонняя Муфта обгона односторонняя	41^ -4- Ж)	г) дисковые Кулачки плоские: а)	продольного перемеще- ния б)	дисковые Кулачки барабанные цилинд- рические
Тормоза: а) конусные	18 “и Т" 4 я; Ч ± ± п т	Храповой зубчатый механизм Мальтийский механизм на- ружного зацепления
б) колодочные	—м— 6)	
в) ленточные	±	X НЕН ЕЕ* т	т в)	Неподвижное закрепление оси
Условное обозначение
19
20
2/	
	
22
	(31
	
	V)
23 -я
зубьев колес, находящихся в постоянном зацеплении; а', Ь' —
сменные колеса цепи главного движения; а, Ъ, с, d — числа зубьев
сменных зубчатых колес цепи подачи; 1 — шпиндель; 2 — суп-
порт.
Для нарезания резьбы необходимо два движения — вращение
обрабатываемой детали (главное движение) и продольное переме-
щение резца (движение подачи). Соответственно этим движениям
на схеме имеются кинематические цепи. Первое движение осу-
ществляется от электродвигателя через плоскоременную передачу
со шкивами di — d2, цилиндрические зубчатые колеса zx — z2,
сменные колеса а! — Ъ', цилиндрические колеса z3 — z4 и на
шпиндель, несущий заготовку. Эта цепь называется кинематиче-
ской цепью главного движения. Конечными элементами этой
цепи являются электродвигатель и шпиндель. Их расчетные пере-
мещения будут пх — частота вращения электродвигателя в об/мин
и п — частота вращения заготовки в об/мин. Тогда передаточное
отношение i кинематической цепи будет
п
«I
i =
— Й^СМ^З,
(XII.l)
. d-i	u
где ij =— передаточное отношение ременной передачи;
U2
7 -?*-
; _ZJ.
la~Zi
_____ а'
гсм — уг
— передаточные
— передаточное
отношения зубчатых передач;
отношение сменных зубчатых колес.
Из уравнения (XI 1.1) следует, что передаточное отношение
кинематической цепи равно произведению передаточных отноше-
ний отдельных ее передач. Задача настройки кинематической цепи
сводится к подбору чисел зубьев сменных колес а', Ъ'.
Необходимо, чтобы при тгх об/мин электродвигателя заготовка
совершала п об/мин. Так как значения nx, dx, d2, zx, z2, z3, z4 яв-
ляются неизменными, то уравнение (XII.l) можно записать в виде
1111	1
Z СМ — 7Z * 7*	‘	~	•
nx fx 12 13	С
Требуемую частоту вращения заготовки п об/мин определяют
из формулы скорости резания:
ЮООр
п =—т~,
nd ’
где v — скорость резания в м/мин; d — диаметр обрабатываемой
детали в мм.
Зная величины п и с, определяют значение передаточного
отношения — Учитывая, что в данном узле настройки
имеется два сменных колеса (расстояние между осями колес
постоянно)2 необходимо2 чтобы а' + b' = const.
315
Имея отношение и сумму чисел зубьев сменных колес, поль-
зуясь одним из методов подбора сменных зубчатых колес (рассмот-
ренных ниже) и набором этих колес, определяют конкретные
числа зубьев колес а' и Ь'.
Рассмотрим настройку движения подачи. Для настройки этого
движения необходимо составить уравнение кинематической цепи
от шпинделя 1 к суппорту 2, несущему резец. Суппорт переме-
щается при помощи ходового винта с шагом £х. Следовательно,
конечными элементами цепи подач будут шпиндель и ходовой винт.
Расчетными перемещениями этих элементов соответственно бу-
дут — один оборот шпинделя и перемещение суппорта за это
время на величину шага нарезаемой резьбы /р.
Уравнение кинематического баланса будет
2об.шп.^^-^--у-у«х = «р,	(XII.2)
где —; —; —— передаточные отношения соответственно цилин-
z6 z8 Z10
а с
дрических, винтовых и конических колес; у- —=zCM — переда-
точное отношение сменных зубчатых колес гитары подачи; /х —
шаг ходового винта в мм; — шаг нарезаемой резьбы в мм.
В уравнении (XII.2) все величины известны, кроме a, ft, с, d.
Выражение у- • ~~ • Zx = сг является неизменной величиной
для всех случаев настройки. Тогда уравнение ‘ (XI 1.2) можно
записать в виде
d С £р
1см = Т'7 = ^-
Пользуясь одним из методов подбора сменных зубчатых колес
и набором этих колес, подбирают конкретные числа зубьев смен-
ных колес a, ft, с, d. При установке последних в гитару подач
будет обеспечено получение требуемого шага tv нарезаемой
резьбы.
При составлении уравнения кинематической цепи совершенно
безразлично, в каком порядке рассматривается эта цепь — от
первого элемента ее (считая в направлении передачи движения)
к последнему или от последнего к первому.
Как следует из рассмотренных движений, кинематические
цепи получают названия в зависимости от характера выполняемых
ими функций. Так, всем станкам свойственны следующие кинема-
тические цепи: цепи главного движения, цепи подачи и цепи уста-
новочных перемещений. В станках некоторых групп имеются
также делительные цепи, дифференциальные цепи, цепи обката
и цепи настройки цикла обработки. Они будут рассмотрены при
настройке соответствующих станков.
При настройке станков с большим, чем в рассмотренном при-
мере, количеством рабочих органов и кинематических цепей мето-
316
дика настройки их остается аналогичной и выполняется в следую-
щей последовательности:
1.	Необходимо проанализировать технологический процесс и
выяснить характер движений всех рабочих органов станка и их
взаимную согласованность.
2.	Установить по кинематической схеме все кинематические
цепи и их конечные звенья.
3.	Определить расчетные перемещения конечных элементов
кинематических цепей.
4.	Составить уравнения кинематического баланса цепей, сое-
диняющих попарно соответствующие органы станка.
5.	Из уравнений кинематического баланса определить переда-
точные отношения сменных элементов.
6.	По найденным передаточным отношениям подобрать соответ-
ствующие зубчатые колеса или другие сменные элементы.
В современных станках наиболее распространенными сменными
элементами являются зубчатые колеса. Узел настройки кинемати-
ческой цепи посредством смен-
ных зубчатых колес называется
гитарой. При наличии одной
пары сменных колес гитара на-
зывается однопарной, при двух
парах колес — двухпарной, при
трех парах — трехпарной. Чаще
всего применяются двухпарные
гитары. Трехпарные гитары при-
меняются для установки точных
передаточных отношений. w
На рис. XIL2 схематически
изображена двухпарная гитара.
Расстояние А между ведущим валом 1 (колеса а) и ведомым 2
(колеса d) является неизменным. На ведомом валу свободно по-
сажен приклон гитары 5. В приклоне имеются радиальный и
дуговой пазы. В радиальном пазу крепится ось 4 колес Ь й с.
Перемещая ось вдоль паза, можно менять расстояние В между
колесами с и d. Вследствие наличия дугового паза в приклоне
имеется возможность изменять расстояние С между колесами а
и &, поворачивая приклон на валу 2, В требуемом положении
приклон закрепляется болтом 5.
Размеры приклона налагают некоторые ограничения на выбор
размеров колес, а следовательно, и на числа зубьев.
Рис. XIL2. Гитара сменных шестерен
§ 4. Способы подбора сменных зубчатых колес
и условия сцепляемости
Задача подбора сменных зубчатых колес состоит в определении
чисел зубьев колес для обеспечения требуемого передаточного
отношения. Каждая гитара станка снабжается определенным
317
набором сменных колес. Количество колес в наборе и числа
зубьев их бывают различными и определяются возможным разно-
образием передаточных отношений, которые требуется осуществ-
лять в процессе эксплуатации станка, а также степенью точности,
с которой требуется производить подбор передаточных отношений.
Рассмотрим несколько способов подбора чисел зубьев сменных
колес.
Способ разложения передаточного отношения на сомножители.
Этот способ является простым и применяется, когда передаточное
отношение представляет собой простую дробь, числитель и знаме-
натель которой разлагаются на простые сомножители. При этом
производят разложение числителя и знаменателя на сомножители,
затем сокращают или вводят дополнительные множители, комби-
нируя их так, чтобы получить выражение дроби через числа
зубьев, имеющихся в наборе сменных колес. Рассмотрим кон-
кретный пример.
Пусть
а с _22__2«11 __2(10).11 (5)* _ 20 55
l~ b ‘ d 28 - 4-7	4 (10)-7 (5)	40 ’ ‘35"
Если передаточное отношение нельзя разложить на простые
сомножители, то тогда применяют другие способы.
Логарифмический способ (способ В. А. Шишкова). Этот способ
обладает следующими преимуществами: а) простота и быстрота
расчета; б) высокая точность подбора колес; в) простое и быстрое
определение погрешности; г) возможность сокращения комплекта
колес; д) удобство применения для бездифференциальных на-
строек станков.
Для пользования этим способом необходимо иметь таблицы,
содержащие логарифмы передаточных отношений (1g у • и числа
зубьев колес, обеспечивающих эти отношения **.
Способ подбора зубчатых колес по таблицам М. В. Сандакова.
В первой графе этих таблиц даются величины передаточных отно-
шений в виде десятичных дробей в пределах от 0,03 до 0,99897.
Во второй графе даются те же величины передаточных отношений
в виде простых дробей, в которых числитель и знаменатель пред-
ставляют собой разлагаемые на сомножители числа, позволяющие
подобрать сменные колеса. Таблицы весьма удобны при приме-
нении пяткового набора.
Способ подбора удобных отношений на логарифмической ли-
нейке. Обычно способ дает относительно неточные результаты и
требует последующей проверки и определения погрешности, но
зато он является простым и удобным. В некоторых частных случаях
удается получить высокую точность настройки.
* В скобках указаны сомножители, на которые умножаем числитель
и знаменатель.
** Шишков В. А, Подбор зубчатых колес, М., Маштиз^ 1946.
318
1 82
Пусть задано i = —. Произведем деление на логарифмиче-
О
ской линейке:
i = 2^- <=«0,607.
о
Оставив движок неподвижным, будем передвигать визир и
отыскивать риски, совпадающие на нижней шкале (эти числа
будут числителями дроби) и на движке (знаменатели), найдем
• а 51	48	34
i 0,607 ^84	79	56-
Взяв одну из дробей, разложим ее на сомножители и подберем
числа зубьев колес, как это делали ранее.
Примем
34 __ 2-17	2 (10)	17 (2) __ 20 34
г^56 — 2-2-2-7 ~ 4(10) ‘ 14(2) ~ 40 ’ 28’
Способ Кнаппе. Этот способ основан на том, что к числителю
и знаменателю дробей, близких к единице, можно прибавлять (или
вычитать) равное
величины дроби.
111
ПУСТЬ 1' = 335-
можно записать
число единиц без
существенного изменения
Разделив эту дробь,
111 1
получим зз5 у • Тогда
,_111 __ 1 3-111
1 ~ 335 — 3 ’ 335
_ J_ 333
“ 3 ’ 335’
333
Получили множитель в виде дроби ggg, близкой к единице.
Пользуясь сформулированным выше правилом, можно записать
•_ 1 333^ 1 333-3 _ 1 330
1	3 ’ 335	3 ’ 335-3 — 3  332‘
Получили дробь, легко разлагающуюся на сомножители.
Теперь, пользуясь ранее рассмотренным способом, подберем зуб-
чатые колеса:
. ^1 330	1 2-3-5-11 _ 6(5) 5-11 __ 30 55
1	3 ‘ 332	3’ 2-2-83 ~ 12(5) ' 83 — 60'83‘
Этот метод рекомендуется применять при отсутствии таблиц,
специально предназначенных для подбора сменных колес. Он
удобен также при подборе колес трехпарных гитар.
Способ непрерывных дробей. Отношение у любых целых чисел
может быть выражено в виде непрерывной дроби
а . 1 л
= aQ 4------- 1	,
ап
319
где а0; лх; а25 #з> •••*, an~ii ап — частные от деления, выполненного
следующим образом: сначала а делится на Ь, получается а0,
затем Ъ делится на остаток от первого деления, получается а,!
и т. д., каждый предыдущий остаток делится на последующий
до тех пор, пока в остатке не получится нуль.
В полученной таким образом непрерывной дроби aQ является
наиболее грубым приближением; более точно — приближение
а04~— = ^1+1; добавление каждого последующего члена
дроби дает более точное приближение.
В качестве примера напишем непрерывную дробь для переда-
95
точного отношения i' = ™ :
О0
Эту непрерывную дробь можно записать в виде следующей
таблицы:
95	Частные				
	1	1 9	1 1 1	1	1 4
од	Остатки				
ОО	9	1 5	1 4 1	1	1 о
Способ введения приближенных отношений. Этот способ приме-
няется, когда в выражения передаточного отношения входят числа
л и 25,4 или ; л 25,4, для которых затруднительно подобрать
простые множители. Они могут быть заменены следующими отно-
шениями:
(0,4)* ъ (0,07)	(0,04) ъ
ъ (0,04) ъ	(0,03)	(0,02)	(0,00006);
25,4 = -|7 (0)	(0,46)	(0,12)	(0,61);
л25,4	(0,4) №	(0,05) ъ 10717?23 (0,01)
№(o,ii)(о,з);
Мот м-
* В скобках показана погрешность в миллиметрах на 1 м резьбы.
<320
Поясним пользование этим способом на числовом примере.
Пример. Требуется нарезать червяк с шагом = Зя мм на станке с ша-
,	25,4 ..
гом винта tx=—£— (4 нитки на 1 ).
/р Зя • 4
Передаточное отношение гитары t = —=—у. Заменив отношение
tx 25,4
л 5 • 19
2М ^32724 ’ П0ЛучИМ
3 • 4 • 5 -19 _ 15 • 19 _ 75 95
32-24	16-12 ”*80 ’ 60’
Определение погрешности настроек. При применении прибли-
женных методов подбора сменных зубчатых колес особо важное
значение приобретает правильная оценка погрешности, с которой
точное передаточное отношение заменяется приближенным. Зная
погрешность настройки, можно определить влияние-ее на точность
обрабатываемой детали. Различают абсолютную и относительную
погрешности настройки.
Абсолютной погрешностью А называется разность между
полученным f и требуемым i передаточными отношениями:
А = [Г - г].
Относительной погрешностью 6 называется отношение абсо-
лютной погрешности к требуемому передаточному отношению:
6=4-.
I
Суждение о точности настройки необходимо вести по относи-
тельной погрешности, а не по абсолютной. Для правильной оценки
точности обрабатываемой детали в каждом конкретном случае
необходимо определить, какой размер обрабатываемой детали
является пропорциональным передаточному отношению. Так,
например при нарезании резьбы таким размером будет ее шаг £р.
Если относительная погрешность передаточного отношения равна
б — 0,001, то при нарезании резьбы с шагом £р погрешность в шаге
будет 0,001 tv. При настройке цепи дифференциала зубофрезер-
ного станка основным параметром, определяющим точность наре-
заемого колеса, будет дополнительное вращение заготовки на
Дугу ф; при этом погрешность будет равна бф.
В общем случае можно сформулировать следующее правило.
Если перемещение L, осуществляемое данной кинематической
цепью, пропорционально передаточному отношению f, то при
относительной погрешности настройки б погрешность в переме-
щении будет 6L.
Условия сцепляемости зубчатых колес гитары. После подбора
чисел зубьев колес гитары, удовлетворяющих требуемой точности
передаточного отношения, необходимо проверить возможность
установки их в гитару с учетом размеров корпуса гитары и рас-
стояния между осями первого и последнего колес.
321
Обозначим (см. рис. XII.2): a, b, с, d — числа зубьев сменных
колес; da и dd — диаметры валов зубчатых
а и d в мм; т — модуль колес в мм. Если
условием, чтобы головки зубьев колес Ъ и с
da и dd (не учитывая ограничений, вносимых
гитары), то принимая конструктивно da =
неравенства, которые должны быть соблюдены для возможности
установки зубчатых колес:
ат । Ьт \ (с + 2) т । 13m
“2" + “2":>	2	’
ст । dm	(Ь + 2) т । 13m
колес соответственно
ограничиться только
не задевали валиков
размерами приклона
dd^ 13 дтг, получим
Откуда получаем условия сцепляемости:
а + Ь>с4-15* и с +	^4-15.
Если условие не обеспечивается, то необходимо поменять
местами зубчатые колеса в числителе или знаменателе и снова
проверить их на сцепляемость. Если и в этом случае не соблю-
даются условия сцепляемости, то необходимо повторить расчет
чисел зубьев.
* Иногда диаметры валов da и dd принимают равными 20 т, тогда сла-
гаемое вместо 15 будет равно 22.
Глава XIII
Приводы станков
§ 1. Общие сведения
Под приводом станка понимают совокупность устройств, пере-
дающих движение от источника движения к рабочим органам
станка. Современные станки имеют индивидуальные приводы, т. е.
каждый станок приводится в движение от отдельного электродви-
гателя, причем все движения станка осуществляются либо от
одного, либо от нескольких электродвигателей. Различают привод
главного движения, привод подачи, привод быстрых перемещений
и т. д.
Источником движений является электродвигатель, чаще всего
асинхронный, короткозамкнутый, установленный в непосредст-
венной близости от станка или на самом станке. Асинхронные дви-
гатели переменного тока с короткозамкнутым ротором, обладая
жесткой характеристикой, обеспечивают постоянство мощности
на всем диапазоне скоростей и незначительное изменение скорости
вращения под нагрузкой. Двигатели, которые устанавливают
непосредственно на станке, крепят к нему своей крышкой (флан-
цем) называются фланцевыми. Чаще всего такие двигатели при-
меняют на сверлильных станках. На станках шлифовальных,
заточных находят широкое применение встроенные электродви-
гатели. Это — двигатели, у которых ротор посажен на шпиндель
станка.
По характеру регулирования скорости движения рабочих орга-
нов станка различают ступенчатые и бесступенчатые приводы.
Ступенчатые приводы позволяют получить в заданных пределах
определенный ряд частот вращения, двойных ходов или величин
подач. Системы бесступенчатого регулирования позволяют уста-
навливать на станке наиболее выгодные элементы режима реза-
ния, к тому же это может осуществляться без останова станка
(на ходу). В современных станках для бесступенчатого регули-
рования движений применяют электрическое регулирование,
гидравлическое регулирование и регулирование механическими
вариаторами.
323
§ 2. Ступенчатые приводы станков
Приводы со ступенчатым регулированием выполняются в виде
шестеренных коробок передач (см. рис. XIV.2). Механизмы, обес-
печивающие ступенчатое регулирование, простые по конструкции
и надежные в эксплуатации, вследствие чего они получили более
широкое применение в современных станках, чем механизмы
бесступенчатого регулирования.
Ряды частот вращения шпинделей. Так как станки общего
назначения применяются для обработки деталей из различных
материалов и различных размеров (диаметров), то значение частот
вращения в современных станках колеблется в довольно больших
пределах.
Предельные частоты вращения шпинделя станка находят по
наибольшим и наименьшим допустимым скоростям резания и
предельным диаметрам обработки:
nDmin '
где nmtn и 7гтах — соответственно наименьшая и наибольшая
частоты вращения шпинделя в минуту; ymin и утах — соответст-
венно нижний и верхний пределы скоростей резания в м/мин;
#min и ^тах — соответственно наименьший и наибольший диа-
метры обрабатываемой заготовки или вращающегося инструмента
в мм.
Поскольку шестеренные коробки дают ступенчатые ряды обо-
ротов, возникает вопрос о выборе наиболее целесообразной струк-
туры построения таких рядов. А. В. Гадолиным в 1876 г. была
впервые доказана целесообразность изменения частот вращения
шпинделей в станках по закону геометрической прогрессии.
Геометрический ряд обладает большими структурными преиму-
ществами, имеющими важное значение при разработке привода
проектируемого станка, а также и экономическими преимущест-
вами. Он позволяет создавать сложные коробки передач из эле-
ментарных двухваловых механизмов, построенных также на основе
геометрического ряда.
При геометрическом ряде частот вращения относительная потеря
скорости резания (вследствие использования меньшей частоты
вращения шпинделя против требуемой) остается одинаковой для
всех интервалов частот вращения. Действительно, относительная
потеря Ду скорости резания может быть представлена следующим
образом:
Ду = —р0 = 1	^0^1 по
V	V	П '
ztDn g,	,	nZ>nn
где v = jqqq- требуемая скорость резания в м/мин; у0 =	---
действительная скорость резания в м/мин; п и п0 — соответст-
венно требуемая и действительная частота вращения шпинделя
324
в об/мин; D — диаметр обрабатываемой поверхности (или диа-
метр вращающегося инструмента) в мм.
Из приведенной зависимости следует, что относительная потеря
Ду будет тем меньше, чем меньше интервалы между соседними
частотами вращения, чем ближе, следовательно, будет п0 и п.
Если станок имеет ряд частот вращения шпинделя тгх, п2,
тг3, ..., nz, то обозначив п± = nmin; nz = nmax; z — число частот
вращения; ср — знаменатель геометрического ряда и расположив
члены ряда по возрастающей степени, можно записать
^1 = ^min> ^2 ~ ^1Ф>
п3 = п2ф = п1ф2; n4 = n3cp = njcp3;
nz = nmax = nz_i(p = nrf x,
откуда
^max — ИпИпф* 1 ИЛИ (рг 1 = —	= Д*
wmin
Знаменатель геометрического ряда
где Д — диапазон регулирования частот вращения; nmin и «тах —
соответственно наименьшая и наибольшая частота вращения.
Выразим относительную потерю скорости Ду через знамена-
тель ряда ср:
Др =	_ const.
V	п	яоф	ф
Так как значение ср для данного ряда — величина постоянная,
то относительная потеря скорости является величиной постоянной
и зависит только от знаменателя геометрического ряда. На прак-
тике относительная потеря скорости выражается в процентах и
называется перепадом скоростей:
4 = ^100 %.
Стандартные значения знаменателя ср рядов частот вращения
шпинделей установлены, исходя из того, что в приводах станков
часто применяют двухскоростные электродвигатели трехфазного
тока, у которых отношение частот вращения равно 2 (например,
3000/1500, 1500/750). Поэтому, если в ряде частот вращения есть
член пх, то должен быть также член пу = 2пх, причем пу =
где Е — целое число. Тогда можно записать
пжфЕ = 2пх>
325
откуда
Е,—
(p = j/2.
Наряду с этим должен быть учтен ГОСТ 8032—56 «Иредпо-
чтительные числа и ряды предпочтительных чисел оборотов»
(частот вращения) и нормаль станкостроения Н11-1, устанавли-
вающая предпочтительные величины и градации параметров
в станкостроении.
Ряды предпочтительных чисел построены в виде геометриче-
ских прогрессий, знаменатели которых должны удовлетворять
требованию ср = ]Л 10. С добавлением значений <р = ]/2 =1,41;
<р = |/10= 1,78 и <р = ]Л2 =2 был получен ряд стандартных
значений знаменателя ср, указанных в табл. XIII.1. Допускается
округление знаменателей до значений 1,25; 1,4 и 1,6.
Таблица XII 1.1
Стандартные значения знаменателя <р
ф	1,06	1,12	1,26	1,41	1,58	1,78	2
^2 Е/10 Л = -^100%	у ю «5=5	6/2 V10 10	3/2 ’^40 20	/2 (20/|Л10) 30	(>) ^То 40	^16 45	Уг 50
Значения частот вращения шпинделей могут отклоняться от
табличных значений не более чем на ±10 (ф — 1)%.
Указанный закон построения рядов частот вращения шпин-
делей применяют и для рядов подач, а также для чисел двойных
ходов у станков с возвратно-поступательным главным движением.
Структурные сетки и графики частот вращения шпинделей.
Проектирование коробок скоростей связано с определением пере-
даточных отношений находящихся в них передач, на основе
которых подсчитывают числа зубьев колес. Передаточные отно-
шения можно определить как аналитическим, так и графо-анали-
тическим способом. В практике проектирования станков приме-
няют преимущественно графо-аналитический метод, который более
нагляден и позволяет быстрее определить рациональные варианты
решения
Для графического изображения кинематических связей в ко-
робках скоростей применяют структурные сетки (рис. XIII.1).
Для построения структурной сетки проводят ряд вертикальных
(или горизонтальных) прямых, равных числу валов коробки
(/-/V), с одинаковым (произвольной величины) расстоянием
между ними. Перпендикулярно этим прямым проводят столько
326
горизонтальных прямых, сколько должен иметь частот вращения
последний (выходной) вал. Если откладывать на прямой линии,
соответствующей выходному валу, последовательные значения
логарифмов частот вращения nlf п2, п3 ..., то интервалы между
их соседними значениями будут постоянны и равны 1g ср
(рис. XIIT.1, а). Точки пересечения прямых соединяют лучами
(линиями), которые характеризуют передаточные отношения между
соответствующими валами.
Рис. XII 1.1. Структурные сетки
Если ряд частот вращения шпинделя построен по геометриче-
скому ряду со знаменателем ср, то и частоты вращения промежу-
точных валов коробки передач также подчиняются закону гео-
метрической прогрессии со знаменателем ср.
Все кинематические соотношения в структурной сетке выра-
жаются через степени знаменателя ср. Для замедляющих передач
передаточные отношения между валами будут
<рх >
для ускоряющих передач
Z = ср*,
327
где х — положительное число, показывающее на графике коли-
чество перекрытых лучом интервалов.
На рис. XIII.1, а приведен один из возможных вариантов
структурной сетки для четырехваловой коробки скоростей на
18 частот вращения шпинделя, а на рис. XIII,1, б, в, г, д, е пока-
заны возможные варианты структурных сеток четырехваловых
коробок передач, на 12 частот вращения.
На структурных сетках лучи располагают симметрично, а точки
лучей не связаны с конкретными значениями частот вращения
Рис. XIII.2. Зависимость диапазона
регулирования частот вращения
числа ступеней и знаменателя ряда
(рис. XIII.1). Лучи структур-
ных сеток при этом также не
отражают конкретных значений
передаточных отношений между
валами. Структурная сетка на-
глядно показывает возможное
количество групп передач, чис-
ло передач в каждой группе,
расположение групп передач
вдоль цепи передач, величины
передаточных отношений между
валами,число ступеней скорости
вращёния всех валов коробки.
При проектировании короб-
ки передач по выбранной струк-
турной сетке в соответствии с
реальными частотами вращения
шпинделя, принятом значении ср
и числом валов коробки вычер-
чивают график частот враще-
ния. На рис. XIV.2 показан
график частот вращения станка
1К625. Лучи графика проводят
с учетом практически возмож-
ных передаточных отношений
зубчатых пар, по которым (в зависимости от принятого значения ср)
определяют числа зубьев колес. При выборе значения ср и числа
ступеней скоростей вращения шпинделя требуется экономически
выгодно сочетать стремление к уменьшению неизбежной потери
скорости резания и обусловленное этим усложнение конструкции
станка. На рис. XIII.2 приведена зависимость между диапазоном
регулирования частот вращения Д, числом ступеней скорости г и
знаменателем ряда ср.
При проектировании коробок передач необходимо учитывать
следующее:
1.	При ступенчатом регулировании для подавляющего боль-
шинства станков общего назначения достаточно хорошие экс-
плуатационные условия обеспечиваются при <р = 1,26 или
1,41.
328
2.	Если в кинематической цепи привода предусмотрена на-
стройка сменными колесами, то при проектировании станка для
серийного или массового производства можно принимать ф = 1,12
или ф = 1,26.
3.	В небольших станках с малыми диаметрами обработки при-
меняют большие значения (ф = 1,58; ф = 1,78), а в крупных
станках — меньшие значения (ф = 1,26; ф = 1,12; ф = 1,06).
4.	Желательно, чтобы число z ступеней скорости представляло
произведение множителей 2 и 3. Чаще всего применяют z = 3, 4,
6, 8, 12, 18, 24.
При разработке кинематической схемы и проектировании
коробки скоростей необходимо стремиться к тому, чтобы зубчатые
колеса имели относительно меньшие размеры и меньшие модули.
При этом валы будут меньше диаметром, а подшипники более
легкими.
Следует избегать больших передаточных отношений зубчатых
передач. Чем больше понижение скорости, создаваемое зубчатой
парой при заданном диаметре ведущего зубчатого колеса, тем
больше получится диаметр ведомого, больше будет межцентровое
расстояние, а отсюда и габариты коробки скоростей. Практически
установлено, что для подавляющего большинства случаев можно
ограничиваться замедляющими передачами с передаточным отно-
шением 1 : 4, в крайнем случае 1:5. При ускорительных пере-
дачах не рекомендуется повышать скорости вращения с передаточ-
ными отношениями более чем 2:1.
Надо стремиться к тому, чтобы все промежуточные валы ко-
робки были по возможности более быстроходными, с максимальной
редукцией на последней паре валов. При передаче заданной мощ-
ности от электродвигателя к шпинделю станка выгоднее сообщать
промежуточным валам возможно большие скорости вращения.
При этом крутящие моменты на валах и окружные силы на зуб-
чатых колесах будут меньше, а следовательно, меньше будут
изгибающие усилия и нагрузки на опоры. В результате вся кон-
струкция будет более компактной, легкой и работоспособной.
§ 3.	Электрическое регулирование скорости движения
На рис. XIII.3 показана распространенная система привода,
в которой регулирование скорости двигателя достигается изме-
нением напряжения на зажимах генератора постоянного тока,
питающего электродвигатель. Эта система получила название
генератор — двигатель.
Система состоит из нерегулируемого асинхронного или син-
хронного двигателя АД, генератора постоянного тока Г, возбу-
дителя В и двигателя постоянного тока Д, приводящего станок.
Двигатель АД присоединяют к сети трехфазного тока, и он вра-
щается непрерывно с приблизительно постоянной скоростью.
Этот двигатель приводит во вращение генератор постоянного
329
тока Г с независимым возбуждением и возбудитель В, представ-
ляющий собой небольшой генератор постоянного тока параллель-
ного или смешанного возбуждения. Двигатель Д имеет независи-
мое возбуждение. Обмотки возбуждения генератора ОВГ и дви-
гателя ОВД питаются от возбудителя В. Изменяя реостатом 1
сопротивление цепи возбуждения генератора Г, меняют напря-
жение, подводимое к якорю двигателя Д, а тем самым регулируют
скорость его вращения. Двигатель при этом работает с полным
и неизменным потоком (реостат 2 выведен). Изменение магнитного
Рис. XIII.3. Система генератор —
двигатель:
2, 2 — реостаты; з — переключатель; 4,
б — сопротивления; 5 — контакты
потока электродвигателя Д, осу-
ществляемое посредством рео-
стата 2, является регулирова-
нием с постоянной предельно
допустимой мощностью.
Для реверсирования элек-
тродвигателя Д меняют направ-
ление тока в обмотке возбуж-
дения генератора посредством
переключателя 5. Процессы пус-
ка, торможения и реверса в рас-
сматриваемой системе отличают-
ся высокой экономичностью,
поэтому ее целесообразно при-
менять в станках для работы
с частыми пусками, торможе-
ниями и реверсами.
Основными недостатками си-
стемы генератор — двигатель
является относительно низкий коэффициент полезного действия
(0,5—0,7, а у систем малой мощности доходит до 0,2—0,3) и высо-
кая стоимость. Стоимость системы превышает стоимость одного
короткозамкнутого асинхронного двигателя такой же мощности
в 8—10 раз.
Электромашинное управление. Кроме рассмотренной выше си-
стемы генератор — двигатель в станкостроении получили широкое
применение системы электромашинного управления, позволяющего
осуществлять автоматическое регулирование скорости вращения
рабочего двигателя в требуемых пределах.
На рис. XIII.4 представлена схема электромашинного усили-
теля (ЭМУ), получившего широкое применение в системах управ-
ления приводами постоянного тока.
Пропуска^ через обмотку возбуждения I двухполюсной машины
постоянного тока небольшой ток г3, вызывающий магнитный поток
Фп и вращая асинхронным двигателем якорь машины, получим
э. д. с., направление которой на рисунке указано знаками на
сечениях проводников. Щетки, установленные на горизонтальной
оси, перпендикулярной к потоку Ф19 замкнуты накоротко. Так
как поток Ф± и вызванная им э. д. с. незначительны, то появив-
ззо
птийся в цепи якоря ток не опасен для машин. Ток, протекающий
по обмотке якоря, вызывает значительный поток Ф2 реакции якоря,
направленный перпендикулярно потоку Фх и пересекаемый про-
водниками вращающегося якоря,
вследствие чего в нем наводится
э. д. с., направление которой указано
знаками около проводников.
На вертикальной оси расположе-
на вторая пара щеток, к которой
подключен потребитель П. Током
нагрузки создается магнитный по-
ток Ф3, направленный навстречу по-
току и значительно превышающий
его. Для компенсации потока Ф3
имеется специальная компенсацион-
ная обмотка /С. При протекании тока
нагрузки через обмотку К в ней со-
здается поток Ф4, равный по вели-
чине и противоположный по направ-
лению потоку Ф3. Потоки Ф3 и Ф4
изменяются пропорционально изме-
нению нагрузки.	Рис. XII 1.4. Схема электро-
Входная мощность р1? подаваемая машинного усилителя (ЭМУ)
на обмотку возбуждения Z, мала и
составляет десятые доли ватта, а отдаваемая потребителю
мощность р значительно превышает входную. Отношение ~= /ср на-
зывается коэффициентом усиления ЭМУ по мощности. Величина
Рис. XII 1.5. Схема регулируемого
электродвигателя с ЭМУ и тахогенера-
тором
этого усиления может дости-
гать 10 000, следовательно,
ЭМУ можно использовать для
управления приводами значи-
тельной мощности. Для рас-
ширения возможностей уп-
равления выходной мощности
ЭМУ выполняют с несколь-
кими обмотками управления
1, 2, 3, Вследствие малой
входной мощности создается
возможность управления от
электронных ламп и полу-
проводниковых приборов.
Использование ЭМУ может значительно расширить возмож-
ности регулирования скорости в системе генератор — двигатель.
На рис. XIII.5 приведена схема, в которой ЭМУ выполняет
функции возбудителя генератора Г. Посредством потенциометра
Л, питаемого постоянным током, изменяют величину и направле-
ние тока в задающей обмотке 1 ЭМУ и тем самым устанавливают
331
требуемую скорость и направление вращения двигателя Д. Об-
мотка 2 ЭМУ питается от тахогенератора ТГ, установленного на
валу двигателя Д. Напряжение ТГ пропорционально скорости
вращения. Намагничивающая сила обмотки 2 меньше, чем у об-
мотки 7, и действует ей навстречу. При уменьшении скорости
вращения двигателя Д, связанном обычно с увеличением нагрузки
на его валу, размагничивающее действие обмотки 2 уменьшается,
поток ЭМУ возрастает и напряжение на выходе ЭМУ повышается.
Это вызывает увеличение тока в обмотке ОВГ, повышение напря-
жения в генераторе Г и увеличение скорости вращения двига-
теля Д, которая приближается к прежнему значению. При уве-
личении скорости вращения электродвигателя Д будут иметь ме-
Рис. XIII.6. Схема магнит-
сто обратные процессы. Реверсирование
двигателя осуществляется потенциомет-
ром П. При смещении движка потен-
циометра в одну или другую сторону
относительно средней точки изменяется
направление тока в обмотке 1. Это вы-
зывает изменение полярности ЭМУ и
генератора Г. Двигатель начинает вра-
щаться в обратную сторону. Соответ-
ственно изменяется полярность тахо-
генератора ТГ и тока в обмотке 2,
Следует иметь в виду, что размеры
ЭМУ в 1,5—2 раза больше, чем у гене-
ного усилителя раторов постоянного тока, имеющих та-
кие же мощности и скорости вращения.
Электроприводы с магнитными усилителями. Для регулирова-
ния скорости двигателей постоянного и переменного тока в боль-
шинстве случаев целесообразно применять магнитные усилители
(МУ). По своей конструкции магнитные усилители очень просты,
и их использование позволяет значительно сократить требуемое
количество электроаппаратуры в схемах приводов.
Принцип действия магнитных усилителей основан на измене-
нии индуктивного сопротивления в обмотках переменного тока 2
и 3 (рис. XII.6) путем небольшого уменьшения или увеличения по-
стоянного тока в обмотке 7. Изменяя силу постоянного тока в
обмотке 7, можно регулировать величину индуктивного сопротив-
ления в обмотках 2 и 3 переменного тока. Посредством незначи-
тельного изменения мощности постоянного тока можно управлять
весьма значительными мощностями в цепи переменного тока.
В станкостроении магнитные усилители применяют, в част-
ности, для создания приводов с широким диапазоном регулиро-
вания скорости вращения. К числу достоинств магнитных усили-
телей можно отнести большую эксплуатационную надежность и
высокий к. п. д., к недостаткам — их инерционность.
В качестве приводов с плавным регулированием скорости
вращения- применяются ионные приводы, в которых управление
332
электродвигателем и питание его осуществляют посредством элек-
тронных и ионных приборов. Диапазон регулирования скорости
путем изменения напряжения доходит до 35 : 1. Ионный привод
не получил распространения в отечественном станкостроении, так
как он имеет низкий коэффициент мощности, который при малых
скоростях падает до 0,25, ограниченный срок службы и малую
перегрузочную способность тиратронов и электронных ламп.
Выпрямленный ток имеет пульсирующий характер, что вызывает
повышение потерь в двигателе.
Электрическая система синхронного вращения. На металло-
режущих станках часто возникает необходимость осуществления
синхронной работы двух и более механизмов. Обеспечение син-
хронной работы механизмов электрическими методами точнее и
устойчивее при изменении режимов работы, чем механическим
путем. Электрические системы получаются более компактны.
Электрическая система, обеспечивающая синхронное вращение
двигателей, называется электрическим валом.
В станкостроении широко применяются системы электричес-
кого вала, содержащие в схемах дополнительные синхронизирую-
щие элементы. На рис. XIIL7 в качестве дополнительных элемен-
тов, обеспечивающих синхронность вращения рабочих двигателей
Дх и Д2, применены асинхронные электрические машины Ах и А2.
Машины включаются в схему таким образом, чтобы э. д. с. их
роторов были направлены навстречу друг другу. При таком вклю-
чении вспомогательных машин Ах и А2 в случае равенства ско-
ростей вращения рабочих двигателей Дх и Д2 э. д. с. машин Ах и
А2 равны между собой и они в работе не участвуют. При уменьше-
нии скорости вращения одного из двигателей, например Дх,
вызванного увеличением нагрузки на его валу, равенство э. д. с.
в роторной цепи машин Ах и А2 нарушится и появится уравни-
тельный ток. При этом машина Ах переходит в двигательный ре-
жим работы, а машина А2 — в генераторный. Скорости двигате-
лей Дх и Д2 выравниваются. Применение систем электрического
вала имеет большое значение при регулировании скорости на
расстоянии. Системы электрического вала могут заменить, напри-
мер, ходовые винты у токарно-винторезных станков. Эти системы
особенно рационально применять для тяжелых станков, так как
изготовление длинных ходовых винтов связано со значительными
трудностями. Кроме того, с увеличением длины винтов или валов
вследствие их скручивания точности взаимного расположения
частей станка уменьшаются. В системе электрического вала рас-
стояние между отдельными узлами не влияет на точность обработки.
При использовании электрического вала упрощается также кине-
матическая схема станка.
Основным недостатком систем электрического вала является
возможность дефекта заготовки в случае внезапного прекращения
подачи электроэнергии, так как при этом возникает рассогласо-
вание системы.
333
Для осуществления синхронной связи в станках находят
применение сельсины. Это маломощные синхронные машины,
имеющие однофазную первичную обмотку и трехфазную вторич-
ную обмотку (рис. XIII.8). В схеме имеется два сельсина: А —
Рис. XIII.7. Схема электриче- Рис. XIII.8. Схема сельсинов
ского вала
сельсин датчик и Б — сельсин приемник. Если ротор сельсина А
будет вращаться с какой-то скоростью, то ротор сельсина Б будет
следовать за ним. Сельсины применяются для передачи показаний
на расстояния в следящих системах и управляют работой различ-
ных регуляторов.
§ 4.	Гидравлический привод
В современных металлорежущих станках гидравлический при-
вод получил довольно широкое распространение. Он применяется
главным образом для осуществления прямолинейных движений и
в меньшей степени для вращательных движений. Гидропривод
применяется как в механизмах главного движения (в протяжных,
строгальных, долбежных и других станках), так и в механизмах
подач (шлифовальных, станков с программным управлением,
копировальных, агрегатных и др.). Гидроприводы находят широкое
применение в механизмах управления станками; иногда их ком-
понуют с пневматическими устройствами, образуя пневмогидрав-
лические механизмы, например, в пневмогидравлических силовых
головках агрегатных станков. В некоторых случаях применя-
ются электрогидроприводы, в которых используются положи-
тельные стороны электрической и гидравлической систем.
К основным преимуществам гидроприводов относятся возмож-
ности бесступенчато регулировать скорости; получать значитель-
ные условия при сравнительно небольших габаритах привода;
простота предохранения от перегрузок; большой срок службы,
поскольку сама рабочая среда одновременно выполняет функ-
ции смазки; гидропривод обеспечивает малый вес и объем, при-
ходящийся на единицу мощности по сравнению с электроприводом.
Гидравлические агрегаты обладают меньшей инерцией, чем элек-
трические, они выгодно отличаются от последних высокой прие-
мистостью и быстротой срабатывания. Так, например, время
334
срабатывания распределительного золотника с гидроприводом
не превышает 0,01 с, тогда как время срабатывания подобного
золотника, управляемого электромагнитом, в среднем равно 0,1 с.
Эффективность, большие технические преимущества и высокие
потенциальные возможности гидропривода способствуют широ-
кому его применению также при автоматизации различных тех-
нологических процессов.
К недостаткам гидроприводов относится возможность утечки
рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, проникновение
воздуха в рабочую жидкость, изменение свойств рабочей жид-
кости под влиянием давления и температуры. Одним из сущест-
венных недостатков гидропривода является нежесткая его харак-
теристика, особенно при малых скоростях перемещений и малых
расходах масла в насосах.
В гидроприводах станков в качестве рабочей жидкости полу-
чили применение минеральные масла различных марок. В масле
должны отсутствовать водорастворимые кислоты и щелочи, вызы-
вающие коррозию гидросистемы и вспенивание масла. В приводах
поступательного движения обычно применяют масла индустри-
альное 12, индустриальное 20. В приводах вращательного дви-
жения используют масла большей вязкости — турбинйое 22, ма-
шинное 30, машинное 45. Гидроприводы могут быть с открытой
или закрытой циркуляцией масла. В открытых системах ч масло,
совершившее работу, поступает на слив в бак, откуда вновь пода-
ется насосом в гидросистему. При закрытой (кольцевой) системе
отработавшее масло через систему клапанов поступает, минуя бак,
во всасывающую полость насоса.
Гидропривод включает в себя насос, преобразующий механи-
ческую энергию в энергию потока жидкости, гидродвигатель,
преобразующий напор жидкости в механическую работу, распреде-
лительную и регистрирующую аппаратуру.
Гидродвигатели делятся на две группы: силовые цилиндры,
осуществляющие прямолинейное перемещение рабочих органов
станка, и гидромоторы для вращательного движения. Для вычер-
чивания гидравлических систем применяются условные обозна-
чения, основные из которых приведены в табл. XIII.2.
На рис. XIII.9 изображена схема гидропривода прямолиней-
ного (поступательно-возвратного) движения. Из резервуара 1
через фильтр 2 масло засасывается насосом 3 и через дроссель 4
поступает под давлением в распределительный золотник 5. При
крайнем левом положении плунжера золотника (как показано
на схеме) масло под давлением будет поступать в левую полость
силового цилиндра 6. Из правой полости цилиндра масло будет
сливаться в резервуар. Тогда поршень 7 вместе со штоком и сое-
диненным с ним столом или суппортом5 будут перемещаться вправо.
Левый упор 9, закрепленный на столе, переведет рычаг 10 в край-
нее правое положение. При этом и плунжер золотника 5 займет
крайнее правое положение и масло под давлением будет посту-
335
Таблица XII 1.2
Условные обозначения, применяемые в гидравлических схемах станков
Наименование	Условное обозначение
Насосы с постоянным направлением потока: а)	постоянной производительности б)	регулируемой производительности Гидромоторы с постоянным направлением потока: а)	нерегулируемый б)	регулируемый Насос шестеренный Насос ротационный лопастной (пластинчатый) Насос радиально-поршневой Насос аксиально-поршневой Клапан обратный Регулируемый орган: а)	нормально закрытый б)	нормально открытый Клапан предохранительный с собственным уп- равлением (прямого действия) Клапан редукционный (поддерживающий посто- янное давление па выходе посредством пружины)	о О (от) ф ° г-Цг ЛА lLi Pt
336
Продолжение табл. XIII.2
337
пать в правую полость цилиндра, а из левой полости будет сли-
ваться в резервуар. Стол получит движение в противоположном
направлении. В случае излишнего количества масла или повы-
шения давления в системе масло сливается в бак через дроссель
с обратным клапаном 77. Для обеспечения более плавного< дви-
жения и предотвращения подсоса воздуха в гидросистему на
сливном трубопроводе устанавливается подпорный клапан 72,
который пропускает масло на слив.
Изменение скорости движения рабочего органа станка осуществ-
ляется изменением количества масла, поступающего в цилиндр
«)	б)
Рис. XIII.9. Гидропривод с дрос-
сельным регулированием:
а — на входе; б — на выходе
или выходящего из него, а изме-
нение ускорения его — измене-
нием напора (давления) масла.
В рассматриваемой схеме
привода насос имеет постоян-
ную производительность. Дрос-
сель 4 (рис. XIII.9, а) позволяет
изменять величину проходного
сечения, т. е. дает возможность
регулировать количество пода-
ваемого в цилиндр масла, а тем
самым и скорость движения
поршня. Такая система регули-
рования скорости называется
системой с дроссельным регули-
рованием на входе.
По схеме, показанной на
рис. XIII.9, б, масло, вытесняе-
мое поршнем, приходит через золотник 5, затем через дроссель 4
и сливается в резервуар. В этом случае дроссель регулирует
количество масла, выходящего из силового цилиндра. Такая
система регулирования называется системой с дроссельным регу-
лированием на выходе.
Для обеих схем скорость поршня определяется объемом масла,
пропускаемого дросселем:
Q^kfnVpi-Pz м3/с,
где к — коэффициент дросселя, по данным ЭНИМСа, для дрос-
селей, имеющих форму диафрагмы, к == 7 -10”6; /др — площадь
проходного сечения дросселя в м2; р2 — давление масла соот-
ветственно перед дросселем и после него в Па.
Обозначив рабочую площадь сечения поршня через F м2,
получим уравнение для определения скорости поршня
v = -S-=	м/с. - (XIII.1)
Как следует из уравнения (XIII.1), скорость поршня зависит
от перепада давлений на входе и на выходе. При дросселирова-
338
вии на входе постоянным является давление устанавливаемое
редукционным клапаном. Давление р2 определяется величиной
нагрузки. При дросселировании на выходе, наоборот,/>2постоянно,
а рг зависит от нагрузки. Следовательно, при изменяющихся
нагрузках величина перепада давления р±—р2 колеблется, что
приводит к непостоянству скорости движения. Поэтому схемы
с дроссельным регулированием применяются в тех случаях, где
допустимо некоторое колебание скорости перемещения рабочего
органа. Из уравнения (XIII.1) следует, что для стабилизации
скорости движения необходимо обеспечить постоянство перепада
давления. Это можно достичь установкой дросселей в сочетании
с редукционными клапанами, которые поддерживают постоянство
перепада давления и стабилизируют расход масла через дроссель.
Устройство, состоящее из дросселя и редукционного клапана,
называется регулятором скорости. При дроссельном регулиро-
вании используется не все масло, подаваемое насосом, что при-
водит к потере мощности и снижению к. п. д. привода. Однако
вследствие простоты конструкции, сравнительно небольшой стоимо-
сти и эксплуатационных достоинств системы с дроссельным регули-
рованием получили широкое применение в гидроприводах станков.
Наряду с дроссельным регулированием приводов для прямо-
линейного движения применяются также системы с объемным регу-
лированием. В таких системах применяются насосы с регулируемой
производительностью и регулирование скорости осуществляется
регулированием производительности насоса. Если давление в
рабочей полости силового цилиндра будет р, а рабочая площадь
сечения поршня /’(м2), то привод будет преодолевать полезное
сопротивление и потери в виде силы
P = pF.	(XIII.2)
Давление в цилиндре устанавливается в зависимости от ве-
личины силы Р. Скорость перемещения поршня определяется
объемом масла, нагнетаемого насосом в цилиндр. Обозначим объем
масла, подаваемого насосом в единицу времени при отсутствии
давления в гидросистеме, через (?н (м3/с). При наличии сопро-
тивления поршню в цилиндр будет попадать количество масла
Q == <2н ~ Д(?н, где А(?н = f (р) — утечка масла в самом насосе
и в системе,, возрастающая с повышением давления р.
Скорость перемещения поршня будет
v =	= м/с.	(ХШ.З)
Мощность привода определяется по формуле
N^pv^pQ Вт.	(XIII.4)
Из уравнений (XIII.2) и (XIII.3) следует, что с изменением
нагрузки Р изменяется давление р и скорость движения поршня.
Следовательно, эта схема малопригодна для приводов, у которых
непрерывно меняется нагрузка. Из уравнения (XIII.4) видно,
339
что мощность устанавливается применительно к конкретному
режиму работы. Это способствует повышению к. п. д. привода.
Поэтому системы с объемным регулированием целесообразно при-
менять при сравнительно больших мощностях и в случае боль-
Рис. XIII.10. Схемы сило-
вых цилиндров
шого диапазона регулирования скоро-
стей.
В современных станках с гидропри-
водом применяют силовые цилиндры с
двусторонним штоком (рис. XIII.10, а)
и с односторонним (рис. XIII.10, б, в).
Продольное перемещение может полу-
чать шток (рис. XIII.10, а, б) или ци-
линдр (рис. XIII.10, в). Цилиндры с
двусторонним штоком применяют в тех
случаях, когда требуется одинаковая
скорость в обоих направлениях. В ци-
линдрах с односторонним штоком ско-
рости перемещения будут различны.
Данная схема является наиболее рас-
пространенной, особенно в случаях,
когда один из ходов ускоренный. В си-
ловых цилиндрах с односторонним штоком можно получить оди-
наковые скорости штока в обоих направлениях при условии, если
рабочая площадь сечения штока равна половине площади сечения
поршня, и подключением цилиндра к насосу, как показано на рис.
XI 11.11. Если при помощи распределителя 1 соединить полости 2
и 3 цилиндра с насосом 4, а слив закрыть, то поршень будет пе-
ремещаться вправо, при этом масло, вытесняемое из правой поло-
сти 5, будет поступать в левую полость 2, Такая схема подвода
масла называется дифференциальной.
Рис. ХШ.Н. Схема диф-
ференциального цилинд-
ра
Рис. XIII.12. Схема гид-
равлического привода вра-
щательного движения
Силовые цилиндры с односторонним штоком и с сообщающи-
мися полостями называют дифференциальными. Они с успехом при-
меняются и в тех случаях, когда один из ходов нужно получить
ускоренным, при этом диаметр штока должен быть уменьшен.
Система объемного регулирования применяется и для гидро-
приводов вращательного движения. Такой привод состоит из
340
насоса 7 и гидромотора 2 (рис. XIII.12). Масло насосом 1 нагне-
тается в гидромотор 2, и выходной вал гидромотора получает вра-
щение, а отработанное масло сливается в резервуар 5. Для огра-
ничения величины передаваемого крутящего момента установлен
предохранительный клапан 4,
Частота вращения вала гидромотора
Q <z,
n==q °^С’
где Q — объем масла, подаваемого в гидромотор, в м3/с; q —
объем масла, необходимый для совершения одного оборота гидро-
мотора, в м3/об.
Регулирование величины п осуществляется насосом путем
изменения Q при постоянном д, либо изменением q (регулирова-
нием гидромотором) при постоянном расходе масла Первый спо-
соб применяют при небольших мощностях, второй — при больших.
Рис. XIII. 13. Шестеренный
насос
Рис. XIII.14. Шиберный
насос
Насосы и гидромоторы. Для подачи рабочей жидкости и со-
здания необходимого давления ее в гидроприводе применяются
различные конструкции насосов — шестеренные, шиберные (ло-
пастные), поршневые. Работа насосов характеризуется произво-
дительностью, давлением масла и развиваемой мощностью.
В большинстве случаев насосы обладают свойством обратимо-
сти, которое состоит в следующем. Если вращать ротор, то агре-
гат работает как насос, если к агрегату подвести поток масла
под давлением, он становится гидромотором. Основной характе-
ристикой гидромоторов являются скорость вращения выходного
вала и величина передаваемого крутящего момента.
Шестеренный насос (рис. XIII.13) состоит из двух
цилиндрических зубчатых колес — ведущего 1 и ведомого <2,
вращающихся в корпусе 3. При вращении колес в направлении,
указанном стрелками, в левой полости зубья выходят из зацеп-
ления и возникает разряжение. Масло под действием атмосферного
давления заполняет впадины колес (происходит всасывание),
увлекается ими и переносится в правую полость. Торцы зубьев и
341
периферийная часть их плотно подогнаны к корпусу. В правой по-
лости зубья входят в зацепление и выдавливают масло из впадин
в нагнетательный канал. Шестеренные насосы чаще всего приме-
няют в механизмах подач и в механизмах быстрых перемещений, ра-
ботающих со средними и высокими скоростями и с малыми уси-
лиями (например, шлифовальные станки). Они также применя-
ются для подачи смазочно-охлаждающей жидкости.
Шестеренные гидромоторы конструктивно подобны насосам и
отличаются от них более тщательным изготовлением и некото-
рыми конструктивными особенностями.
Шиберные насосы (рис. XIII.14) получили широкое
применение в гидроприводах подач сверлильных, расточных,
фрезерных и агрегатных станков, требующих расхода масла
0,05—3,3 л/с [(0,05—3,3) -10‘3] м3/с при рабочем давлении до
65 кгс/см2 (65-105 Па).
В корпусе 1 установлено статорное кольцо 2, внутренняя
поверхность которого в сечении имеет специальный профиль. На
приводном валу посажен ротор 5, в пазы которого вставлены ло-
патки 4. Пазы наклонены в радиальном направлении под углом,
чтобы не было защемления лопаток. Лопатки шлифованные и
притертые. По торцам лопатки ограничены боковыми дисками, при-
крепленными к корпусу. При вращении ротора в направлении,
указанном стрелкой, лопатки под действием центробежной силы и
давления масла, подводимого под их торцы, постоянно прижаты
к внутренней поверхности статорного кольца. Каждая соседняя
пара лопаток образует камеру, ограниченную поверхностями
ротора, статора и дисков, между которыми вращается ротор.
В дисках имеются каналы 5 и 7, которые соединены со всасывающим
трубопроводом, а каналы 6 и 8 — с нагнетательным.
При вращении ротора на участке квадранта I лопатки выдви-
гаются из пазов, объем камер увеличивается, масло засасывается
через канал 5. На уровне квадранта II лопатки перемещаются
к центру ротора, объем камер уменьшается, давление масла воз-
растает и оно вытесняется в нагнетательный канал 6. Аналогично
на участке квадранта III — всасывание, на участке квадранта IV—
нагнетание. Следовательно, за один оборот ротора происходит
дважды всасывание и дважды нагнетание. Такие насосы называ-
ются двойного действия. Они обладают большой равномерностью
подачи рабочей жидкости, а наличие двух участков всасывания, и
нагнетания способствует разгрузке опор ротора от радиального
давления. К недостаткам шиберных насосов следует отнести
удары лопаток о статорное кольцо в местах перехода его профиля.
Шиберные гидромоторы отличаются от насосов
радиальным расположением лопаток и наличием специальных
пружин, прижимающих лопатки к статорному кольцу. Это необ-
ходимо в начальный момент пуска гидромотора. Масло под дав-
лением подается в пространство между двумя соседними лопат-
ками. Вследствие того, что площадь одной из соседних лопаток
342
больше другой, возникают силы, касательные к ротору, которые и
создают крутящий момент.
Поршневые насосы применяются в приводах глав-
ного движения и подачи станков, где требуется регулируемый
расход рабочей жидкости. Они бывают трех типов: радиально-
поршневые, аксиально-поршневые и эксцентриковые.
. На рис. XIII.15 приведена схема радиально-поршневого насоса.
Ротор 1 с радиально расположенными поршнями 2 вращается
вокруг неподвижной полой оси 3 внутри обоймы статора 4. Ось
3 имеет полости всасывания и нагнетания. При вращении ротора
в направлении, указанном стрелкой, поршни под действием
центробежной силы перемещаются в радиальном направлении,
прижимаясь к обойме, и при повороте на 180° засасывают масло,
Рис. ХШ.15. Схема ра-
диально-поршневого на-
соса
0
Рис. XIII. 16. Схема аксиально-поршне-
вого насоса
при дальнейшем вращении ротора поршни получают перемещение
к центру ротора и подают жидкость под давлением в полость
нагнетания. Длина хода поршней и объем подаваемой жидкости
зависит от величины эксцентриситета. Поэтому производитель-
ность насоса регулируется изменением величины эксцентриси-
тета е.
Аналогично устроены и радиально-поршневые гидродвига-
тели. Подавая жидкость под давлением в полость всасывания,
поршни будут выходить из цилиндров и вызывать реакции со
стороны статора в виде нормальных составляющих к осям порш-
ней, которые и создают крутящий момент.
Схема аксиально-поршневого насоса приведена на рис. XIII.16.
В корпусе 1 смонтирован блок цилиндров 2 с поршнями 3. Поршни
посредством шатунов 4 шарнирно связаны с подвижной наклонной
шайбой 5, которая смонтирована в неподвижной обойме 6. Шайба
5 шарнирно связана с валом 7, а блок 2 посажен на валу на шлицах.
Пружина 8 поджимает блок 2 к торцу корпуса 1. В корпусе име-
ются два серпообразных канала (разделенных между собой пере-
мычками); верхний — всасывающий, нижний — нагнетающий.
343
Блок 2 и шайба 5 синхронно вращаются вокруг осей 00 и
в результате этого поршни получают возвратно-поступательное
движение. В верхнем положении они производят всасывание
масла, в нижнем — нагнетание. Насосы такого типа выпускаются
двух исполнений: постоянной производительности и регулируе-
мые. У первых обойма 6 жестко связана с корпусом и угол а
не изменяется. У регулируемых угол а можно менять и тем
самым можно изменять производительность.
Аксиально-поршневые насосы компактны, допускают высокие
давления до 200 кгс/см2 (200 • 105 Па) и расход 0,66 — 200 л/с.
Но вследствие недостаточного динамического уравновешивания
не допускают более 10—12 об/с блока цилиндров. Гидромоторы
Рис. XIII. 17. Аксиально-поршневой гидромотор конструкции ЭНИМСа
данного типа конструктивно подобны насосам и монтируются раз-
дельно или в одном агрегате. На рис. XIII.17, а приведен гидромо-
тор конструкции ЭНИМСа. В корпусе 1 расположены ротор 2
с поршнями 5, ведущих диск 4 с толкателями 5 и приводной
вал 6. Ротор <2, свободно сидящий на валу 6 и центрированный уз-
ким пояском, приводится во вращение от диска 4 через поводки 7.
Вал смонтирован на подшипниках качения, один из которых рас-
положен в крышке S, а другой в распределительном диске 9. В диске
имеются каналы для соединения с полостями нагнетания и слива.
При подаче масла под давлением к поршням они, перемещаясь
в осевом направлении, прижимают толкатели 5 к опорному кольцу
подшипника 70, смонтированного в крышке S, под определенным
углом к оси приводного вала. Вследствие этого усилие р взаи-
модействия толкателя на шайбу дает составляющие: осевую р0
и радиальную рр в плоскостях параллельных и перпендикуляр-
ных к оси вала (рис. XIII.17, б). Осевые составляющие восприни-
маются корпусом, а радиальные через толкатели вращают диск
4, который сообщает вращение валу 6 и ротору 2. Ротор прижи-
мается к распределительному диску пружиной 11.
344
Рассмотренный гидромотор находит широкое применение в
следящих приводах отечественных станков. В частности, они
применяются в станках с программным управлением в качестве
гидроусилителя в совокупности с шаговым электродвигателем.
Следящий золотник преобразует шаговые перемещения выходного
вала шагового электродвигателя в точно отмеренные количества
масла, поступающего в гидромотор. При этом гидромотор вра-
щается с теми же шагами, что и вал электродвигателя, усиливая
крутящий момент с маломощного шагового электродвигателя
в 200—300 раз. В современных гидравлических системах приме-
няется довольно большое количество распределительной и управ-
ляющей аппаратуры: золотники, дроссели, реле времени, мульти-
пликаторы давления, клапаны — предохранительные, перелив-
ные, редукционные, обратные, подпорные и др.
§ 5. Механические бесступенчатые приводы
Такие приводы называются вариаторами. Большинство из них
относится к типу фрикционных. На рис. XIII.18 приведены схемы
бесступенчатых вариаторов.
3)
Рис. XIII. 18. Схемы бесступенчатых вариаторов
Лобовой фрикционный вариатор (рис. XIII.18, а) состоит из
двух дисков — ведущего 1 и ведомого <2, между которыми распо-
ложен ролик 5. Ролик может перемещаться в осевом направле-
нии, за счет чего изменяются радиусы и г2 контактов ролика с
дисками и тем самым изменяется скорость вращения ведомого
диска при постоянной скорости вращения ведущего. Передаточ-
345
ное отношение i = — f2, где f — коэффициент трения. Диапа-
зон изменения скорости вращения находится в пределах 15. Диски
прижимаются к ролику пружинами. Вариаторы данного типа при-
меняют при передаче сравнительно небольшой мощности в меха-
низмах привода распределительного вала токарно-револьверных
автоматов.
В сфероконических вариаторах (рис. XIII.18, б) изменение ра-
диуса точки контакта ведущего сферического диска 1 и ведомого
конического диска 2 осуществляется поворотом оси диска 1. Пос-
ледний располагается на валу электродвигателя, который может
поворачиваться.
В торцовоконических вариаторах (рис. XIII.18, в) конический
диск 1 находится в контакте с торцом кольца 2. Изменение ча-
стоты вращения достигается перемещением конического диска 1
вдоль образующей. Этот диск устанавливается на валу электродви-
гателя и перемещается вместе с ним. Передаточное отношение
сфероконических и торцоконических вариаторов г = —/. Диа-
г2
пазон изменения частот вращения этих вариаторов находится в
пределах 3. Они применяются при передаче сравнительно неболь-
шой мощности, например, в малых сверлильных станках.
В чашечно-конических вариаторах (рис. XIII.18, г) вращение
передается через вал I коническому барабану 7, который кон-
тактирует с конической поверхностью чашки 2. Вал II чашки 2
расположен в корпусе 5, который может поворачиваться вокруг
оси вала Ill под действием специальной пружины, что обеспечи-
вает прижатие чашки 2 к барабану 1. Изменение радиуса контакта
гг осуществляется перемещением барабана 1 в осевом направлении.
Передаточное отношение i~ — f. Диапазон изменения скоро-
г2
стей вращения в пределах 5. Вариатор используется при пере-
даче небольшой мощности.
В вариаторах с тороидными дисками 1 и 2 (рис. XIJL18, б, е)
вращение передается роликами 5. Изменение скоростей вращения
ведомого диска производится поворотом роликов вокруг своих осей.
Диапазон изменения скорости вращения находится в пределах 8.
В ряде модификаций бесступенчатых вариаторов используются
раздвижные конические шкивы 1 и 2 (рис. XIII.18, ж), между
которыми входит звено 5, осуществляющее передачу вращения от
ведущего вала I к ведомому II. В качестве звена 3 используются
специальные клиновые ремни, стальные кольца или специальные
цепи. Осевое перемещение шкивов производится рычажным ме-
ханизмом, обеспечивающим равномерное сближение одной пары
и удаление друг от друга второй пары или наоборот. Изменяя ра-
диусы контакта т\ и г2 ведущего звена со шкивами, можно получить
диапазон регулирования: со специальными клиновыми ремнями 8—
15, со стальными кольцами 6—16 и со специальными цепями до 6.
346
Вариаторы со стальными кольцами находят применение в при-
водах подач координатно-расточных и резьбошлифовальных стан-
ков, в приводе вращения детали круглошлифовальных станков и
в приводе главного движения алмазно-расточных станков.
Рис. XIII.19. Схема шарикового фрикционного вариа-
тора
На рис. XIII.18, з приведена схема вариатора фрикционного
типа с большим количеством тонких фрикционных дисков. Прин-
цип работы вариатора понятен из схемы. Диапазон регулирова-
ния до 12.
Схема шарикового вариатора приведена на рис. XIIL19. На
центральном валу 1 закреплен червяк находящийся в зацепле-
нии с четырьмя колесами 3,
Внутри каждого колеса (в
диаметральной плоскости)
смонтированы катки 4.
Катки находятся в кон-
такте с шариками 5, кото-
рые охватываются двумя
коническими дисками 6.
Один диск закреплен на
ведущем (пустотелом) ва-
лу 7, а другой — на ведо-
мом валу 8. Ведущий диск
Ведущий Ведомый Ведущий Ведомый
Рис. XIII.20. Схема изменения радиуса
соприкосновения шарика с дисками в за-
висимости от положения катков
вращает шарики, которые
в зависимости от положения оси вращения катков 4 меняют
радиусы соприкосновения, а следовательно, и передаточное от-
ношение от ведущего диска к ведомому. Схема изменения радиуса
соприкосновения шарика с дисками в зависимости от положения
катков приведена на рис. XIII.20,. На рис. XIII.20, а ось вращения
шарика совпадает с осью вращения катка и параллельна оси вра-
щения дисков: при этом гх = г2 и пк = п2. На рис. XIII.20, б
347
ось вращения шарика повернута на угол [3° относительно оси вра-
щения дисков; при этом г\ > г2 и п1> п2. Диапазон регулирова-
ния до 12. Шариковый вариатор работает в масле, что обеспечи-
вает большую долговечность по сравнению с другими вариаторами.
§ 6. Типовые механизмы приводов станков
Для осуществления прямолинейного движения в современных
станках применяется большое количество механизмов. Широкое
распространение в приводах станков получили реечные передачи
(рис. XIII.21). Передача зубчатое колесо—рейка обладает высоким
Рис. XIII. 21. Реечные
передачи:
а — зубчатое колесо-рейка}
б — червяк-рейка
6)
к. п. д. и большим передаточным отношением. Она проста в изго-
товлении, но встречает затруднение при применении ее для вер-
тикальных перемещений, так как она не обладает самоторможением.
Передача червяк — рейка обеспечивает большую плавность хода,
высокую степень редукции, но имеет более низкий к. п. д., чем
предыдущая передача. Реечные передачи применяются как в при-
Рис. XI 11.22. Схемы винтовых передач
водах главного движения (зубодолбежные, продольно-строгаль-
ные станки), так и в приводах подач (токарные, сверлильные и
другие станки).
Винтовые передачи (рис. XIIL22) получили широкое примене-
ние в механизмах подач многих станков. Они обеспечивают высо-
кую плавность и точность движения. Малое передаточное отно-
шение (при однозаходной резьбе) позволяет получать медленное
движение. Низкий к. п. д. пары винт — гайка скольжения препят-
ствует ее применению в приводах главного движения. На рис.
XIII.22, а показана схема винтовой передачи, у которой винт 7,
348
не имея осевого перемещения, вращается от зубчатых колес. При
этом гайка 2, перемещаясь вдоль винта, перемещает стол 3
(суппорт). На схеме (рис. XIII.22, б) винт неподвижен, а гайка
получает вращение от зубчатых колес, перемещаясь в осевом
направлении, и перемещает стол 3.
При наличии на станке, наряду с ходовым винтом, также
другого тягового устройства (например, реечной передачи) гайку
ходового винта необходимо
делать разъемной. Такая
гайка называется маточной
(рис. XIII. 23). Она со-
стоит из двух полугаек 1
и <2, которые могут пере-
мещаться по направляю-
щим. С помощью рукоят-
ки 3 полугайки можно
сближать, замыкая их на
ходовом винте, или осво-
бождать его. Перемещение пол у гаек осуществляется диском 4
с фасонными пазами, в которые входят штифты 5, запрессованные
в полугайки.
Для повышения точности винтовой пары в станках все большее
применение находят винтовые пары качения (рис. XIII.24). Они
обладают малыми потерями на трение, высоким к. п. д. (до 0,96),
отсутствием зазоров вследствие создания предварительного натя-
Рис. XIII.24. Винтовая пара качения
га. Зазоры в винтовой паре крайне нежелательны при переменных
осевых нагрузках и при реверсируемом точном движении (напри-
мер, в приводах станков с программным управлением). Канавки
винта 1 и гайки 2 имеют дуговую форму, в которую заложены
шарики 3. Шарики расположены на длине одного витка, концы
которого соединяются вкладышем 4, врезанным в тело гайки. При
вращении винта шарики движутся по канавке винта, входят в ка-
навку вкладыша и по ней снова возвращаются в канавку винта.
Каждая из частей гайки имеет по два замкнутых витка. Обе части
349
гайки удерживаются шпонкой (не показанной на чертеже) и
для выбора зазора прижимаются тарельчатыми пружинами 5.
Рис. XIII.25. Кривошипно-кулисные механизмы:
а — кривошипный’ б — кулисный
Винтовая передача используется в станках и для механиз-
мов быстрого перемещения (например, в револьверных станках).
В этом случае винт имеет две резьбы — правого и левого направ-

ления с большим шагом и соот-
ветственно две гайки, которые
соединены с суппортом и могут
поочередно соединяться с вин-
том. Винт имеет ускоренное
вращение.
Для преобразования враща-
тельного движения в поступа-
тельное применяются криво-
шипно-кулисные приводы (рис.
XIII.25). Кривошипный привод
(рис. XIII.25, а) применяется в
зубодолбежных станках. Криво-
шипный диск 1 с радиально-
подвижным пальцем 2 . связан
раздвижным шатуном 3 с качаю-
щимся рычагом 4, выполненным
за одно целое с зубчатым сек-
тором. Последний находится
в зацеплении с круглой рейкой 5, закрепленной на шпинделе (штос-
селе) 6. При вращении диска 1 штоссель 6 совершает возвратно-
3)
Рис. XIII.26. Кулачковые механиз-
мы:
а — с плоским кулачком; б — с цилиндри-
ческим кулачком (барабанного типа);
в — с торцовым кулачком
поступательное движение.
Кулисные механизмы находят применение в долбежных и по-
перечно-строгальных станках. Они имеют несколько конструктив-
350
них исполнений. На рис. XIII.25, б приведена схема кулисного
механизма. Кривошипное зубчатое колесо 1 получает вращение и
через палец 2 сообщает качательное движение рычагу 3. Послед-
ний шарнирно связан с ползуном 4, совершающим возвратно-по-
а)	б)
Рис. XIII.27. Механизмы прерывистого движения:
а — храповой; б — мальтийский
ступательное движение. Для осуществления прямолинейного дви-
жения в станках находят широкое применение гидроприводы,
рассмотренные ранее.
Кулачковые механизмы, преобразующие вращательное движе-
ние в поступательное, применяются главным образом в автомати-
ческих станках. Бывают
кулачковые механизмы
с плоскими и цилин-
дрическими кулачками
(рис. XIII.26). Принцип
действия этих механиз-
мов понятен из рисунка.
Механизмы периоди-
ческого (прерывистого)
движения выполняются
в виде храповых ме-
ханизмов и мальтий-
ских механизмов (рис.
XIII.27). Первый при-
меняется в тех случаях,
когда необходимо осу-
ществлять прерывистое
движение в течение ко-
Рис. XIII.28. Реверсивные механизмы
ротких промежутков
времени. Он широко применяется в шлифовальных и строгаль-
ных станках для осуществления периодической подачи.
На рис. XIII.27, а приведена схема храпового механизма. За-
щелка (собачка) 7, совершая качательное движение, захватывает
установленное количество зубьев храпового колеса 2 и повора-
чивает его вместе с валом. Возвращаясь в исходное положение,
351
защелка скользит по зубьям, и колесо остается неподвижным.
Требуемое число зубьев, захватываемых защелкой, устанавлива-
ется щитком 5, который может фиксироваться штифтом 6. Кача-
тельное движение защелки в храповых механизмах чаще всего
Рис. XIII.29. Суммирующие механизмы:
а, б — планетарные^ в, г — дифференциалы
осуществляется криво-
шипно-шатунными переда-
чами. Величину угла кача-
ния рычага 4 устанавли-
вают изменением радиуса г
вращения кривошипного
пальца 5. На данном меха-
низме можно реверсиро-
вать вращение храпового
колеса, перекидывая за-
щелку в положение, пока-
занное на рисунке тон-
кими линиями.
Мальтийские механиз-
мы (рис. XIII.27, б) приме-
няют для периодического
поворота рабочего органа
станка (револьверной го-
ловки, шпиндельного бло-
ка, стола и др.). Они состоят из кривошипа 1 с пальцем (цев-
кой) 2 и мальтийского креста 5, закрепленного на валу 4, При
повороте кривошипа палец входит в паз креста и поворачивает
его на угол 60° (при шестипазовом кресте). После выхода пальца
Рис. XIII.30. Механизмы обгона:
а — муфта обгона! б — храповой механизм
из паза крест останавли-
вается.
Реверсивные механиз-
мы предназначены для из-
менения направления дви-
жения механизмов станка.
Чаще всего реверсирова-
ние осуществляется с по-
мощью цилиндрических
или конических зубчатых
колес. В механизмах с ци-
линдрическими колесами
(рис. XIII.28, а, б, в, г) при
передаче вращения через
два зубчатых колеса валы I и II вращаются в разных направле-
ниях, а при передаче через три зубчатых колеса (через паразит-
ное колесо а) — в одном направлении. Реверсирование осуществ-
ляется осевым перемещением колес или переключением муфт М,
В устройствах с коническими колесами реверсирование произ-
водят переключением муфты М (рис. XIII.28, е) или перемеще-
нием блока колес (рис. XIIL28, д).
352
Суммирующие механизмы (рис. ХШ.29) применяются в станках
для суммирования движений на одном звене от разных кинемати-
ческих цепей. На рис. ХШ.29, а приведена схема планетарного
механизма. На валах I и III закреплены зубчатые колеса 7 и 4.
Полый вал II с колесом 5 имеет водило 6, в котором вмонтирован
сателлитный вал 7 с колесами 2 и 3. Движение от валов I и II
суммируется на валу III. Это движение можно представить себе
состоящим из двух движений: первое он получает от вала I при
неподвижном вале II и второе — от вращения вала II при непод-
вижном вале I. На рис. ХШ.29, б представлен планетарный
механизм, отличающийся от предыдущего формой водила 6. Вместо
блока сателлитных колес здесь установлено удлиненное колесо 3
и промежуточное колесо 2. Большое распространение в станках
получили дифференциалы, состоящие из конических зубчатых ко-
лес (рис. XIII.29, в, г). В случае неподвижного зубчатого коле-
са 3 (рис. ХШ.29, в) и вращения колеса 1 сателлиты 2, обкаты-
ваясь вокруг колеса 5, будут вращать Г-образный вал. В слу-
чае неподвижного колеса 1 и вращения колеса 3 от червячной
передачи 4—5 Г-образный вал будет получать вращение. Сообщая
одновременно вращение колесу 1 и колесу 5, Г-образный вал будет
получать суммарное (алгебраическая сумма) вращение. В диффе-
ренциале, изображенном на рис. ХШ.29, г, водилом является кор-
пус дифференциала. Сателлиты 2 смонтированы на водиле 6.
Механизмы обгона (рис. XIII.30) применяют в тех случаях,
когда требуется сообщать валу, имеющему медленное (рабочее)
вращение, быстрое вращение (холостой ход). Чаще всего для этих
целей применяют муфты обгона или храповые механизмы. На
рис. XIII.30, а представлена схема роликовой муфты обгона. На
валу 1 закреплен диск 2, имеющий три выреза, в которых разме-
щены ролики 5, поджимаемые пружинами 4. Если сообщать коле-
су 5 вращение по стрелке, то ролики 5, заклиниваясь между по-
верхностями диска 2 и колеса 5, будут вращать диск 2 и вал 1.
Если сообщить валу более быстрое вращение в том же направлении
от другой кинематической цепи, то диск 2 будет обгонять колесо 5,
заклинивание роликов не происходит и будет осуществляться хо-
лостой ход. После отключения быстрого вращения вала снова
произойдет заклинивание роликов и будет осуществляться рабочий
ход.
На рис. XIII.30, б приведена схема храпового механизма, приме-
няемого в качестве механизма обгона. Храповое колесо 1 закреп-
лено на валу 2. Защелка 3 связана с диском 4, свободно посажен-
ным на валу 2 и получающем вращение от колеса 5. Сообщая
диску 4 вращение в направлении стрелки, защелка 3 будет вращать
храповое колесо 1 и вал 2 в том же направлении. Если сообщить
валу 2 с храповым колесом 1 большую скорость вращения в том
же направлении от другой кинематической цепи, то он будет обго-
нять диск 4.
Глава XIV
Токарные станки
Станки токарной группы играют весьма важную роль в об-
работке резанием конструкционных материалов. На этих стан-
ках выполняются разнообразные операции при обработке по-
верхностей вращения — обтачивание наружных, внутренних и
торцовых поверхностей, сверление, зенкерование, развертыва-
ние, нарезание резьбы и т. п. Поэтому станки токарной группы
имеют самое большое распространение на машиностроительных
заводах по сравнению с другими группами металлорежущих
станков.•
В состав станков токарной группы входят следующие виды
станков:
1.	Токарно-винторезные станки, служащие для выполнения
различных токарных работ, включая нарезание резьбы. Разновид-
ностью токарно-винторезных станков являются простые токар-
ные станки (не имеющие ходового винта), на которых выполняются
токарные работы, за исключением нарезания резьбы.
2.	Токарно-револьверные станки, предназначенные для серий-
ной обработки деталей сложной формы из прутка или из отдельных
штучных заготовок. Эти станки вместо задней бабки имеют ре-
вольверную головку, в которой закрепляются разнообразные
инструменты.
3.	Токарные многорезцовые станки, которые предназначены
для обработки деталей, требующих одновременного применения
большого количества резцов. Станки применяются для обработки
деталей, имеющих многоступенчатую форму, как с прямолиней-
ными, так и с криволинейными поверхностями.
4.	Токарно-карусельные и лобовые станки, предназначенные
для обработки деталей большого диаметра и сравнительно неболь-
шой длины.
5.	Токарные автоматы и полуавтоматы. Автоматы предназна-
чены для обработки деталей из прутка, а полуавтоматы — из
штучных заготовок. На автоматах процесс обработки полностью
автоматизирован, а на полуавтоматах установка и снятие деталей
производятся вручную.
354
6.	Специальные токарные станки, служащие для обработки
коленчатых валов, кулачковых валиков и т. п.
Ниже дано описание основных видов станков токарной группы.
§ 1. Токарно-винторезные станки
Универсальный токарно-винторезный станок 1К625 (рис. XIV.1)
предназначен для выполнения чистовых и получистовых разно-
образных токарных работ, а также для нарезания метрических,
дюймовых, модульных, питчевых и торцовых резьб. Станок имеет
Рис. XIV.1. Универсальный токарно-винторезный Станок 1К625:
1 — гитара сменных колес; 2 — передняя бабка; 3 — суппорт; 4 — задняя бабка; 5 —
шкаф с электрооборудованием; 6 — электродвигатель быстрых перемещений суппорта;
7 — фартук; 8 — станина; 9 — коробка подач
высокую жесткость, достаточную мощность, высокие частоты вра-
щения шпинделя, что позволяет обрабатывать детали на повышен-
ных режимах резания, достаточно автоматизирован. При обра-
ботке сложных криволинейных поверхностей на станке можно
применять гидрокопировальный суппорт, автоматизирующий про-
цесс обработки. При обработке отверстий задняя бабка при помощи
специального замка может соединяться с суппортом и получать
механическую подачу. В фартуке имеется пружинная муфта,
которая позволяет обрабатывать детали по упорам, что также
автоматизирует процесс обработки. Кинематическая схема станка
приведена на рис. XIV.2.
Главное движение. Шпиндель получает вращение от электро-
двигателя Мг через клиноременную передачу и коробку скоро-
стей. На валу I свободно посажены двойной блок 56—51 и зубча-
тое колесо 50, которые поочередно могут соединяться с валом
при помощи дисковой двусторонней муфты mv При передаче
шпинделю правого вращения с этим валом соединяется блок
355
1tt-25b 45-45 55-43 п^/мин
Рис. XIV.2. Кинематическая схема станка 1К625 (а) и график чисел оборотов (6)
56—51. Тогда вал III с помощью двух подвижных блоков 34—39
и 47—55—38 получит шесть различных частот вращения. При ле-
вом положении блока 43—52 шпинделю можно сообщить через
колеса 65—43 шесть наибольших частот вращения. Если переме-
стить блок 43—52 в правое положение, то шпиндель получит вра-
щение через перебор и колеса 26—52, Подвижные блоки перебора
88—45 и 22—45, связанные одним рычагом, можно перемещать
в три положения и передавать валу V18 чисел частот вращения че-
45 45 45 22	22 22	т
рез колеса	• -gg- и-gg- • -gg-с передаточными отношениями
1,1/4, 1/16 (четвертое передаточное отношение 1/4, совпадающее
со вторым, не используется). В этом случае шпиндель получит от
вала III 18 частот вращения, из которых один вариант совпадает
с одной из ранее описанных шести вариантов. Таким образом,
всего шпиндель имеет 23 частоты вращения.
При передаче шпинделю обратного вращения движение с вала
I передается через колеса 50—24, 36—38 и далее по ранее рас-
смотренным направлениям. При этом шпиндель получает 12 ча-
стот вращения.
Максимальная частота вращения шпинделя nmax определяется
уравнением
л/кл!42	56	38	65 ПЛЛЛ w.
«max = 1450 254 • -34 • -38 • 43 = 2000 об/мин.
На рис. XIX.2, б представлен структурный график, по кото-
рому определяют частоты вращения всех валов.
Движение подач осуществляется следующим образом. От шпин-
деля передается вращение валу VII через колеса 60—60, а вал
VIII получает вращения последовательно по трем цепям: через
колеса 42—42, 28—56 или посредством реверсивной передачи через
колеса 35—28—35, Реверс используется для изменения направле-
ния вращения ходового винта при нарезании правой и левой резьб.
Коробка подач приводится в движение от вала VIII через
гитару сменных колес. При нарезании метрических и дюймовых
резьб и при обтачивании вращение передается через колеса
42—104—50, Для нарезания модульных и питчевых резьб смен-
ные блоки колес переворачиваются и вращение передается через
колеса 64—104—97. От вала IX движение можно передать по
двум цепям. Первая цепь (используется при нарезании дюймовых,
35 37 28 36 35
питчевых и торцовых резьб) идет по схеме • -т?- • т?- •	•
о/ оо Zu z к Zo
28 18 /	28 \ 15 /	35 \	рт
’ ~35^ ’ "45" \или 35 • ~1& I или-дд-1 • 1АРИ передаче движения по
этому направлению получается 28 передаточных отношений.
Для нарезания метрических и модульных резьб включаются
муфты т2 и тп4, а зубчатое колесо 35 вала X выключается. В этом
zK 25 18 /	28 \ 15 /	35 \
случае цепь идет по схеме -gg- •	• -^-(или -gg-I • (или -gg-).
*	•= число зубьев одного из семи венцов конуса зубчатых колес.
357
Таким образом коробка подач обеспечивает 56 передаточных
отношений. В результате того, что с вала VII к валу VIII дви-
жение передается через две цепи, в коробке подач можно получить
112 передаточных отношений и сообщить суппорту продольные
подачи в пределах 0,07—4,16 мм/об и поперечные подачи в пре-
делах 0,035—2,08 мм/об.
При нарезании резьбы повышенной точности движение на ходо-
вой винт передается напрямую; в этом случае включаются муфты
тп2, т3 и тп5, в результате чего соединяются между собой валы
IX, XI, XIV и ходовой винт, а коробка подач отключается. При
этой передаче точность нарезаемой резьбы повышается в резуль-
тате сокращения кинематической цепи подачи и исключаются
вибрации зубчатых колес коробки подач. Необходимый шаг наре-
заемой резьбы обеспечивается подбором сменных колес гитары.
Нарезание резьбы с увеличенным шагом.
При нарезании резьбы с шагом t = 1 -н 12 мм движение подачи
передается валу VII непосредственно от шпинделя через колеса
60—60 с передаточным отношением 1. Для нарезания резьбы
с увеличенным шагом зубчатое колесо 45 вала VII сцепляется с
колесом 45 вала III. При этом вал VII по отношению к шпинделю
будет вращаться быстрее. В зависимости от величин передаточных
отношений от шпинделя до вала VII (при разных положениях
блоков 88—45 и 22—45 перебора) шаг нарезаемой резьбы будет
о /• л	52 45 45 45	0\ о
увеличен в 2 раза (i = 1 об. шп. ‘	* “45 ’	‘ 45"	21, в 8 раз
/.	,	.	52	88 45 45 о\
(I = 1 об.шп.. 2g-. 22 .^.-45=8) и в
99	! л е. 52	88	88	45	0 0\
32 раза^ = 1 об. шп,-32).
От вала XIV движение передается или на ходовой вал, как
показано на схеме, или на ходовой винт, если включить муфту
тп5. Ходовой вал XVII получает вращение от вала XIV через двух-
венцовую пару зубчатых колес 28—56, а с ходового вала движение
передается к валу XIX через колеса 27—20—28, предохранитель-
ную муфту тп и червячную пару 4—20. Предохранительная муфта
тп служит для предохранения механизма подач от перегрузки,
а также используется для работы по упорам.
В фартуке суппорта расположены четыре муфты т3, т7, т8 и
тп9. Для сообщения суппорту продольной подачи включается
муфта тп7, тогда от вала XIX к реечному колесу движение будет
передаваться через зубчатые колеса 40—37, 14—66. Для сообще-
ния суппорту продольной подачи в обратном направлении вклю-
чается муфта тп6. Тогда реечное колесо получает вращение от
вала XIX через зубчатые колеса 40—45—37, 14—66. Для сооб-
щения суппорту поперечной подачи включается муфта тп9, тогда
винт поперечной подачи получит вращение от вала XIX через
колеса 40—37, 40—61—20. Если включить муфту тп8, то винт
358
получит вращение от вала XIX через зубчатые колеса 40—45—37,
40—61—20, а суппорт получит поперечную подачу в обратном на-
правлении. Так как ходовой валик и ходовой винт включаются
двухвенцовым блоком (z = 28) вала XIV, то одновременное вклю-
чение их исключено.
Уравнение кинематической цепи продольной подачи для по-
ложения зубчатых колес, изображенного на схеме:
6	60 42 42 95353728363528281528 27
$пр — 1 00. шп. ’ эд • 42 ’ 95 ’ 50 ‘ 37 ’ 35 ’ 25 ‘ 26 ’ 28 ‘ 35 ’ 35 ’ 48 ’ 56 ’ 20Х
20 4 40 14	. .
Х 28 * 20 ‘ 37 ’ 66 nmz мм/°6’
где т = 3 — модуль в мм; z = 10 — число зубьев реечного
колеса.
Рис. XIV.3. Обработка конических поверхностей:
а — посредством сдвига задней бабки; б — посредством пово-
рота средней части суппорта
Быстрые (холостые) движения суппорт получает от отдель-
ного электродвигателя М2 через ременную передачу со шкивами
d = 85 и d = 147, ходовой вал и далее по ранее рассмотренным
направлениям. Наличие на левом конце ходового вала муфты об-
гона т0 позволяет сообщать суппорту быстрые движения без вы-
ключения рабочей подачи. Принцип работы обгонной муфты см.
на рис. XIII.30.
Обработка конических поверхностей. Об-
работку конусов на станке производят следующими способами.
Первый'способ — смещением центра задней бабки.
Такой прием применяется при обработке длинных деталей с не-
большим углом конуса. При этом корпус задней бабки смещается
в поперечном направлении на величину h (рис. XIV.3, а). Вели-
чина смещения корпуса определяется следующим образом:
1 г *	. D — d
h =	tg а == —,
где а — половина полного угла конуса.
359
При малых значениях угла а можно записать, что sin а tg а»
Следовательно,
л г .	L D — d
/z = £tga==-y •-——.
Если I = А, то
, D — d
/1=—-
Второй способ — поворотом верхней части суппорта.
Его применяют при обработке коротких деталей с большим углом
конуса. Обтачивание конуса производят вращением рукоятки р
вручную (см. рис. XIV.3, б).
Универсальный токарно-винторезный станок 1В616 предназна-
чен для выполнения чистовых операций токарной обработки особо
высокой точности. Отличительной особенностью станка является
наличие разделенного привода главного движения. Станок имеет
высокие скорости вращения шпинделя и достаточную жесткость
основных узлов. Вынесение коробки скоростей из корпуса перед-
ней бабки, наличие быстроходности шпинделя, а также примене-
ние в качестве опор многоклиновых подшипников жидкостного
трения обеспечивают плавное вращение шпинделя, уменьшают виб-
рации станка и как следствие — дают высокую точность и неболь-
шую шероховатость обрабатываемых деталей. Некруглость формы
не более 0,002 мм, конусность 0,003 мм на длине 170 мм, шерохо-
ватость обрабатываемой поверхности от у 8 до у 9. Торможение
шпинделя производится с помощью пластинчатого электротор-
моза Т. Кинематическая схема станка представлена на рис. XIV.4.
Главное движение. Шпиндель получает вращение от электро-
двигателя через клиноременную передачу со шкивами dr и d2,
через коробку скоростей, затем через вторую ременную передачу
со шкивами d3 и rf4. От приемного шкива rf4 движение на шпин-
дель передается через перебор с колесами 34—68 и 20—80. Если
включить муфту т1, то колеса 68 и 20 выключаются из зацепления
и шпиндель получит самую высокую скорость вращения непо-
средственно от вала V. Коробка скоростей с помощью трех двой-
ных подвижных блоков и одного подвижного колеса 55 обес-
печивает получение 12 различных передаточных отношений. Сле-
довательно, шпинделю можно сообщить 24 скорости вращения, но
вследствие совпадения трех скоростей шпиндель имеет всего* 21
скорость вращения. Реверсирование шпинделя осуществляется
переключением электромагнитных муфт т2 и т3.
Движения подач осуществляются следующим образом. От
шпинделя вращение передается через колеса 34—44, реверсивный
механизм (44—28—34 или 44—34}, через сменные колеса 87—102,
через коробку подач и далее движение передается через ходовой
вал или ходовой винт к суппорту.
Приводом подач через сменные колеса следует пользоваться
только при нарезании резьбы, а при токарных работах — через
360
Рис. XIV.4. Кинематическая схема станка 1В616
две клиноремениые передачи (со шкивами d = 80, d = 140 и
d = 80, d = 70) и зубчатые колеса 22—52.
Движение от вала XII можно передать по двум цепям. Для
нарезания дюймовой и питчевой резьб движение от вала XII будет
передаваться через колеса 42—34. Коробка подач посредством
двух двойных подвижных блоков вала XIII и двух блоков валов
XV и XVII обеспечивает получение 16 передаточных отношений.
Для нарезания метрической и модульной резьб включается муфта
и одновременно выключается колесо 54, а зубчатое колесо 39
вала XV вводится в зацепление с колесом 39, жестко закреплен-
ным на валу XIV. В этом случае также обеспечивается получение
16 передаточных отношений. От вала XVII движение передается
на ходовой вал через колеса 23—55 или на ходовой винт, если
включить муфту тп6.
Для нарезания резьбы с увеличенным шагом левое колесо 44
двойного блока 44—44 вводится в зацепление с колесом 34 валаК.
В этом случае шпиндель соединится с валом V посредством кине-
80 68 Q
тическои цепи перебора с передаточным отношением
что позволит увеличить шаг нарезаемой резьбы в 8 раз.
§ 2. Копировальные устройства
Одним из путей автоматизации процесса обработки на уни-
версальных токарных станках является применение различного
рода устройств, позволяющих вести обработку по копиру. Авто-
матизация процесса обработки обеспечивает значительное повы-
шение производительности труда. Это достигается вследствие
сокращения машинного времени (создаются возможности работать
на более высоких режимах) и особенно сокращения вспомогатель-
ного времени, затрачиваемого на подвод и отвод инструмента,
на измерение обрабатываемой детали и др.
На токарных станках находят применение гидравлические,
электрические и механические копировальные устройства, Их
использование позволяет в той или иной мере (в зависимости от
конструкции устройства) автоматизировать технологический про-
цесс обработки фасонных поверхностей. Ниже дано описание
гидрокопировального суппорта ГСП-41 (рис. XIV.5) конструк-
ции завода «Красный пролетарий».
Применение гидрокопировального суппорта позволяет обра-
батывать на данном станке методом автоматического копирования
(по шаблонам) не только конические и ступенчатые детали с под-
резкой торцов, но и детали другой, более сложной конфигурации.
Обработка может осуществляться как в центрах, так и в патроне.
При использовании гидросуппорта можно обрабатывать как на-
ружные, так и внутренние поверхности. Гидросуппорт ГСП-41
является сменным, и в случае необходимости он может быть заменен
обычным суппортом.
362
Одной из особенностей гидросуппорта ГСП-41 является пе-
реднее его расположение и наличие передней копировальной уста-
новки, плавающей параллельно оси центров станка. При этом брус
с копиром вставляется в направляющие средней части суппорта
станка, в отличие от распространенного исполнения с задним
расположением гидросуппорта, когда брус с копиром крепится
к станине сзади станка. Преимущество плавающего копира состоит
в том, что при поперечном перемещении резца (например, при
установке глубины резания) наконечник гидрощупа передвига-
ется вместе с копиром, что позволяет использовать гидросуппорт
наряду с копированием и для других работ.
Рис. XIV.5. Гидрокопировальный суппорт ГСП-41
Переднее расположение суппорта и применение плавающего
копира обеспечивают сохранение основных навыков работы токаря,
главнейшим из которых является установка резца на размер по
лимбу винта поперечной подачи. При этом подвод и отвод гидро-
суппорта и регулирование положения копира в продольном на-
правлении производятся с передней стороны станка.
Гидросуппорт состоит из поворотной части 7, резцедержателя
<?, гидроцилиндра 3 и гидрощупа 4 и устанавливается на каретке
суппорта вместо его поворотной части. Шток поршня гидроцилин-
дра жестко связан с основанием гидросуппорта и остается непод-
вижным, а гидроцилиндр, в свою очередь, жестко связан с гидро-
суппортом, который имеет возможность перемещаться по направля-
ющим основания, расположенным под углом 60° к оси центров
станка (в ранее выпускаемых гпдросуппортах этот угол составлял
363
45°). Принятая величина угла направляющих 60® имеет ряд
преимуществ по сравнению с углом 45°. При угле 60° обеспечива-
ется проход резца мимо стандартного вращающегося центра,
увеличивается величина угла обратного конуса с 30 до 45°, а также
увеличивается величина перемещения в поперечном направлении
при заданном ходе гидросуппорта.
Максимальный ход гидросуппорта равен 50 мм, что обеспечи-
вает обработку деталей с перепадом на сторону 40 мм. Это вполне
достаточно для подавляющего большинства обрабатываемых де-
талей. Выбранная величина перепада на сторону позволяет избе-
жать большого вылета резца. Ограничение хода гидросуппорта
способствует снижению потерь времени на подвбд и отвод резца.
Рис. XIV.6. Гидравлическая схема Суппорта ГСП-41
Принцип действия гидросуппорта. Гидро-
копировальный суппорт ГСП-41 работает по схеме однокоорди-
натного копирования с продольной или поперечной задающими
подачами. Продольная подача применяется при соответствующей
обработке наружных поверхностей и растачивании отверстий,
поперечная — при подрезке торцов.
Применение следящей системы обеспечивает идентичность пути
резца и наконечника щупа. Перемещение резца происходит по
траектории результирующего движения, которое складывается из
движения задающей подачи и перемещения суппорта цилиндром.
Величина и направление последнего перемещения автоматически
устанавливаются щупом таким образом, что траектория резуль-
тирующего движения всегда является касательной к профилю
шаблона в точке контакта с ним наконечника щупа. Для повыше-
ния чувствительности системы рычаг, в котором закреплен на-
конечник, монтируется в шариковых подшипниках.
Рассмотрим работу гидравлической системы автоматического
управления движением резца по траектории, задаваемой копиром.
Масло насоса 1 (рис. XIV.6) по гибкому шлангу 2 поступает в мень-
364
Шую полость цилиндра 4, В поршне 5 имеется калиброванное
отверстие 0 1,5 мм (постоянный дроссель), соединяющее мень-
шую полость 3 цилиндра с большей полостью б. Площадь поршня
в большей полости примерно в 2 раза больше, чем в меньшей поло-
сти. Большая полость цилиндра соединена каналом с кольцевой
камерой 7 щупа 8. Камера соединена со сливом посредством гиб-
кого шланга 9, Величина кольцевого проходного сечения регули-
руется золотником 10, Последний под действием пружины 11
стремится переместиться вниз (по схеме). При этом через шток
12 и рычаг 13 наконечник 14 щупа прижимается к копиру 15,
Если сообщить гидросуппорту 16 продольную задающую по-
дачу, то наконечник 14 щупа, скользя по копиру, будет перемещать
в соответствующем направлении золотник 70, а последний будет
изменять проходное сечение для выхода масла из большей поло-
сти цилиндра, и тем самым будет обеспечиваться перемещение
суппорта в направлении, соответствующем перемещению наконеч-
ника щупа.
Если под действием копира наконечник щупа переместится,
например, вниз, то проходное сечение увеличится (золотник
поднимается вверх), и масло из большей полости цилиндра полу-
чит возможность сливаться в резервуар. При этом давление в боль-
шей полости цилиндра упадет, а в меньшей полости останется
прежнее (постоянное) давление. Следовательно, результирующая
давления масла в цилиндре будет направлена вниз. Вследствие
этого цилиндр вместе с суппортом, резцедержателем и щупом
будет отходить по направляющим суппорта от обрабатываемой
детали, и вершина резца последует за движением наконечника щу-
па (в том же направлении й на ту же величину). Если наконечник
щупа переместится вверх, то золотник переместится вниз, пере-
кроет проходное сечение, давление масла в большей полости
увеличится, результирующая давления масла в цилиндре при
этом будет направлена вверх, и резец переместится вверх, т. е.
последует за движением наконечника щупа.
Если наконечник щупа, перемещаясь вдоль оси центров станка
вместе с суппортом, не будет отклоняться вниз или вверх, то зо-
лотник щупа также не будет перемещаться вдоль своей оси,
что обеспечит постоянство проходного сечения для масла и, сле-
довательно, постоянство давления масла в большей полости цилин-
дра (оно будет примерно в 2 раза ниже, чем давление в меньшей
полости). Так как площадь поршня в большей полости примерно
в 2 раза больше, чем в меньшей полости, то результирующая
давления масла будет равна нулю и копировальный суппорт не
будет перемещаться по своим направляющим. При этом резец
получит только продольную подачу, т. е. будет обтачиваться
цилиндрическая поверхность.
При подрезке торца копировальный суппорт отходит от обра-
батываемой детали со скоростью рк (рис. XIV.7, а). Но так как
каретка суппорта при этом продолжает перемещаться с постоянной
365
продольной подачей гп к передней бабке станка, то в результате
сложения этих двух движений резец будет перемещаться в направ-
лении, перпендикулярном к оси центров станка, со скоростью рр,
подрезая торец детали под прямым углом к ее оси.
При обработке конических поверхностей (рис. XIV.7, б и
в) перемещение резца также представляет результат сложения
движений каретки и копировального суппорта. Аналогичным
образом при копировании других профилей в результате сложе-
ния двух движений вершина резца получает движение, идентич-
ное движению наконечника щупа, и на детали образуется форма,
соответствующая ^форме копира.
Рис. XIV.7. Схема движений резца при обработке различ-
ных профилей
Для перехода на торцовое копирование гидросуппорт необхо-
димо установить под углом 30° к оси центров станка, как пока-
зано на рис. XIV.7, г. При торцовой обработке включают автома-
тическую поперечную подачу в направлении «на себя» (задающая
подача).
Наличие постоянного контакта наконечника щупа с шаблоном
обеспечивает идентичность формы поверхности детали профилю
копира. При обработке поверхностей различной формы с постоян-
ной подачей ип результирующая скорость ур перемещения резца
не остается постоянной. В зависимости от угла 0 между векторами
этих скоростей она изменяется (рис. XIV.7, д), достигая при не-
которых значениях угла (0 — 30°) таких величин, при которых
обработка практически оказывается невозможной как вследствие
неудовлетворительной микрогеометрии поверхности детали, так
и по причине интенсивного износа резца или даже его поломки.
366
Это обстоятельство представляет определенное ограничение для
применения гидросуппорта. Гидросуппорт ГСП-41 может приме-
няться для обработки фасонных поверхностей с углом касательной
к ним в пределах +90° ч----45°. Как видно из схемы (см. рис.
XIV.6), копир разгружен. На него действует лишь небольшая сила
спиральной пружины. Копиры изготовляют из листовой стали
толщиной 2—3 мм. При длительном использовании их закаливают.
Копировальная установка состоит из бруса 5, копира 6 и кли-
на (см. рис. XIV.5). Брус и клин вставляют в направляющие
поворотной части суппорта. Копир кладут на брус, упирают
Рис. XIV.8. Электрокопировальная головка:
а — схема электроконтактной головки; б — схема работы методом
продольного точения
в выступ и зажимают винтами. Правый конец бруса удержива-
ется от продольного перемещения при помощи двух кронштейнов,
один из которых закрепляется на передней призме станины.
Вследствие значительной длины призмы оказывается возможным
устанавливать брус с шаблоном на различном расстоянии от перед-
ней бабки в зависимости от длины обрабатываемой детали.
Электрокопировальное устройство. Сложные фасонные поверх-
ности обрабатывают методом электрокопирования на станках,
имеющих в фартуке электромагнитные муфты. Работа ведется
с применением электроконтактной головки (рис. XIV.8, а), которая
устанавливается на поперечных салазках суппорта. Обработка
заготовок осуществляется методом продольной или поперечной
подач.
При продольном фасонном точении (рис. XIV.8, б) включа-
ется постоянная по величине и направлению подача суппорта.
При этом копировальный палец скользит по неподвижному шаб-
лону. Под воздействием профиля шаблона копировальный палец
367
со сферическим наконечником 3 (рис. XIV.8, а) через стержень 2,
смонтированный в корпусе <?, повернет рычаг 4 и замкнет контакт
К1Ч который включит электромагнитную муфту поперечной по-
дачи. В результате копировальный палец будет отходить от шаб-
лона, а резец — от заготовки. Как только давление шаблона на
копировальный палец прекратится, рычаг 4 под действием пру-
жины 5 повернется. При этом замкнется контакт Я2> включится
вторая (реверсивная) муфта и винт поперечной подачи получит
вращение в обратном направлении. В этом случае копировальный
палец будет перемещаться к шаблону, а резец к детали. Подача
команд от шаблона через копировальную головку будет происхо-
дить через малые промежутки времени, поэтому на обрабатывае-
мой поверхности образуется профиль, соответствующий профилю
шаблона, но в виде мелких ступеней.
При поперечном фасонном точении включается постоянная по
величине и направлению поперечная подача, а продольная подача
будет изменяться с помощью двух других электромагнитных
муфт. Если по каким-либо причинам давление на копировальный
палец* превысит допустимое, то электроконтакт К3 размыкается
и станок выключается.
§ 3.	Токарно-револьверные станки
Токарно-револьверные станки предназначены для изготовле-
ния деталей сложной формы, требующих при обработке последо-
вательного выполнения разнообразных операций.
Токарно-револьверные станки отличаются от токарно-винто-
резных отсутствием задней бабки, вместо которой установлена
револьверная головка. В гнездах револьверной головки можно
закрепить резцы, сверла, зенкеры, развертки, метчики и плашки
и т. д. Применяя многоинструментальные державки, можно за-
крепить в одном гнезде револьверной головки несколько режущих
инструментов для одновременной обработки детали, в результате
чего сокращается машинное время. Наличие совершенных меха-
низмов для поворота револьверной головки, а также наличие
упоров и других механизмов автоматического останова револь-
верной головки позволяют сократить вспомогательное время.
Поэтому токарно-револьверные станки являются более произво-
дительными по сравнению с токарными. Ввиду сравнительно
сложной наладки токарно-револьверные станки рационально при-
менять в серийном производстве. В условиях крупносерийного
и массового производства револьверные станки вытесняются более
производительными автоматами и полуавтоматами.
Основным признаком классификации револьверных станков
является расположение оси поворота револьверной головки.
Имеются две разновидности револьверных станков: с вертикаль-
ной осью вращения револьверной головки и с горизонтальной
осью вращения револьверной головки,
368
Автоматизированный токарно-револьверный станок 1П326 (рис.
XIV.9) предназначен для серийного изготовления деталей сложной
конфигурации преимущественно из прутка с применением разно-
образных инструментов. Вследствие высоких скоростей вращения
и широкой автоматизации станок обеспечивает высокую произ-
водительность.
Механизм главного движения. Шпиндель 1 получает вращение
от главного электродвигателя М± через коробку скоростей и ре-
менную передачу со шкивами d = 201 и 155 мм. В коробке ско-
ростей расположено пять электромагнитных муфт mlf т2, т3,
тп4, тб. Последовательным переключением этих муфт шпинделю
можно сообщить шесть различных частот вращения в пределах
200—3350 оборотов в минуту.
Механизм подач. Поперечный суппорт 2 и суппорт револьвер-
ной головки 3 получают подачи от вала III коробки скоростей.
Это движение передается через ременную передачу со шкивами
d = 98 ч- 153 и коробку подач. При последовательном включе-
нии двусторонней муфты тв и односторонней муфты тп7 валу VI
можно сообщить три различных скорости вращения через колеса
30—81, 53—58, 66—45. От вала VI движение передается ходо-
вому валу VII через реверсивный механизм с колесами 30—81 или
24—45—68. Изменение направления движения суппортов про-
изводится переключением двусторонней муфты т3. От ходового
вала VII движение передается поперечному суппорту и суппорту
револьверной головки. Поперечный суппорт получает поперечную
подачу от ходового вала через червячную передачу 1/38, колеса
52—55, 74—20 и ходовой винт с шагом t = 4 мм, а револьверный
суппорт — через колеса 30—60; 30—60; червячную передачу
1/38, колеса 52—52 и реечное колесо 18. Отвод суппорта револь-
верной головки в исходное положение производится .от электро-
двигателя М2 через колеса 45—45 и далее по схеме, указанной
выше.
При отводе револьверного суппорта в исходное положение
происходит автоматический поворот револьверной головки с
помощью специального механизма (на схеме не показан). Вместе
с револьверной головкой поворачивается барабан упоров Бу
через колеса 38—38. На барабане закреплено шесть упоров
Каждый упор соответствует своей позиции револьверной головки.
При настройке станка положение каждого упора регулируется
в соответствии с длиной хода инструмента. Выключение рабочей
подачи осуществляется следующим образом. Когда револьверная
головка придет в крайнее левое положение, т. е. в конце рабочего
хода, один из упоров Ух нажмет на неподвижный упор У2, который
воздействует на конечный выключатель ВК, в результате чего
произойдет переключение двусторонней муфты с рабочего
хода на быстрый отвод.
Револьверная головка связана также с кулачковым барабаном
командоаппарата 4 кинематической цепью с передаточным отно-
369
М=0,25квт ,
= 2800 об/мин
Рис. XIV.9. Кинематическая схема станка 1П326:
1 — шпиндель; 2 — поперечный суппорт; з — револьверная головка; 4 — командоаппарат
шением, равным единице. Поэтому при повороте револьверной
головки барабан повернется на такой же угол и при помощи ку-
лачков включит соответствующие муфты коробки скоростей и
коробки подач, в результате чего произойдет переключение чисел
оборотов (частот вращения) и подач в соответствии с последую-
щей операцией.
Токарно-револьверный станок 1А341 предназначен для изготов-
ления деталей из прутка 0 40 мм или из штучных заготовок.
Пруток пропускают через отверстие шпинделя и соединяют
с последним при помощи цангового патрона. Штучные заготовки
закрепляются в кулачковом патроне, навернутом на передний
конец шпинделя. Режущие инструменты закрепляют в державках,
установленных. в 16 отверстиях револьверной головки, пово-
рачивающейся вокруг горизонтальной оси. В станке отсутствует
боковой суппорт, а поэтому револьверная головка имеет как
продольную, так и круговую (поперечную) подачи. Кинемати-
ческая схема станка представлена на рис. XIV.10.
Главное движение. Шпиндель получает вращение от электро-
двигателя через коробку скоростей. Для сообщения шпинделю
заданной скорости вращения производится переключение четырех
электромагнитных муфт mlf т2, т3, тп4 и двойного подвижного
блока зубчатых колес 41—23.
Движения подач револьверной головки осуществляются сле-
дующим образом. Продольная подача осуществляется от шпин-
деля и передается через коробку подач, ходовой вал, колеса
48—27 (или 35—40), через червячную пару 1—33, электромаг-
нитную муфту т119 колеса 38—82 и реечное колесо 14. Движение
круговой подачи револьверной головки осуществляется также
через коробку подач, ходовой вал, колеса 48—27 (или 35—40),
червячную пару 1—33, муфту т119 колеса 38—70—55—70, муфту
т13, колеса 19—25 и 19—152.
В коробке подач расположены четыре электромагнитные
муфты, с помощыб которых производится изменение продольных
и круговых подач.
Револьверная головка получает быстрые движения от отдель-
ного электродвигателя мощностью N = 0,5 кВт. Быстрое про-
дольное перемещение осуществляется через колеса 32—32, чер-
вячную пару 1—40, муфту т9 и реечное колесо 14. Быстрое вра-
щение револьверная головка получает по следующей цепи: 32—32,
1—40, муфту ап10, колеса 70—55, 73—52, 19 —25, 19—152.
Револьверная головка имеет 16 позиций. На барабане б можно
закрепить до 16 упоров У. Позиции револьверной головки и упоры
занумерованы. Каждой позиции револьверной головки соответ-
ствует упор на барабане. Кулачки, действуя в должный момент
времени на конечные переключатели, управляют электромагнит-
ными муфтами. Следовательно, командоаппарат служит для пред-
варительного набора и последующего автоматического управления
скоростями вращения шпинделя и подачами револьверной го-
371
co
to
Рис. XIV. 10. Кинематическая схема станка 1А341
ловки, а также автоматизированным поворотом револьверной
головки по заданной программе.
Ручная (продольная или круговая) подача осуществляется
посредством рукоятки Р. Предварительно необходимо включить
Муфту Wig или тп18.
§ 4.	Токарно-лобовые и то карно-карусельные станки
Лобовые токарные станки применяются для изготовления де-
талей большого диаметра и малой длины. Обрабатываемая заго-
товка устанавливается на планшайбе 2 (рис. XIV.И), закреплен-
ной на шпинделе. Резец устанавливают в резцедержателе 5. В пе-
Рис. XIV.11. Общий вид лобового токарного станка:
1 — коробка скоростей; 2 — планшайба; 3 — резцедержатель;
4 — коробка подач; 5 — ходовой вал
редней бабке размещена коробка скоростей 7. Подача суппорта
осуществляется от шпинделя через коробку подач 4 и ходовой
вал 5.
К недостаткам лобовых станков относятся трудность установки,
выверки и закрепления заготовки, а также возникновение виб-
раций вследствие большого веса заготовки. В результате указан-
ных причин лобовые станки уступают карусельным станкам.
Токарно-карусельные станки также предназначены для из-
готовления деталей большого диаметра и малой длины.
В токарно-карусельных станках ось шпинделя расположена
вертикально, а торцовая плоскость планшайбы расположена в го-
ризонтальной плоскости, вследствие чего в значительной степени
облегчается установка, выверка и закрепление заготовок. Вес
заготовки и силы резания воспринимаются круговыми направ-
ляющими планшайбы, поэтому шпиндель разгружен от изгибаю-
щих напряжений и напряжений кручения.
373
Токарно-карусельные станки выпускаются одностоечные и
двухстоечные. Одностоечные станки выпускают с планшайбой
диаметром до 1500 мм, а двухстоечные — с большим диаметром
планшайбы.
На рис. XIV.12 представлена кинематическая схема одностоеч-
ного карусельного станка 1508. Станок предназначен для обра-
ботки деталей с наибольшим диаметром 800 мм и наибольшей высо-
той 800 мм. Обрабатываемую деталь устанавливают на план-
шайбе 1. Инструменты закрепляют в пяти гнездах револьверной
головки 2 и в боковом суппорте 3. Суппорт 4 револьверной головки,
а также боковой суппорт получают рабочие вертикальную и гори-
зонтальную подачи ($ = 0,06 -г- 6,3 мм/об) и быстрые установоч-
ные перемещения в тех же направлениях. Каждый суппорт
имеет отдельную независимую коробку подач (на схеме не по-
казаны).
Планшайба приводится во вращение от электродвигателя
(N = 28 кВт, п = 1450 об/мин) через клиноременную передачу
и коробку скоростей, которая посредством переключения электро-
магнитных муфт может сообщить планшайбе 18 частот вращения
от 10 до 500 об/мин. При включении муфт тпц пг2 и т3 вал II может
получить три скорости вращения через колеса 42—67, 48—61 и
55—54. Валу 1Ц можно сообщить 9 скоростей вращения при вклю-
чении муфт т4, тпь и mQ. С вала III к валу V передается 9 скоро-
стей вращения через колеса 25—80, 24—60 (включается муфта т7)
и еще 9 — через колеса 40—65; 65—40 (включается муфта т8).
От вала V планшайба получает 18 скоростей вращения через
зубчатые колеса 23—23 и 26—90.
Подача суппортов осуществляется от вала V коробки скоростей
и передается до вертикального вала XII по одной цепи через зуб-
чатые колеса 45—63, 22—22, 24—36, 29—30. От вала XII движе-
ния к суппортам передаются по четырем цепям. Горизонтальная
подача суппорта револьверной головки — через колеса 20—20,
вал XIII, коробку подач, от которой получает вращение вал XIV
и винт с шагом t = 6 мм. Эту подачу используют при обработке
торцов. Вертикальная подача суппорта револьверной головки —
через колеса 20—20, вал XIII, коробку подач, вал XV, колеса
17—17, 27—40, 40—27, 17—17, винт t = 6 мм. При этой подаче
производится обработка внутренних цилиндрических поверхностей
и конических, если суппорт револьверной головки повернуть на
требуемый угол с помощью рукоятки 5. Боковой суппорт полу-
чает подачи: горизонтально — через колеса 20—20, вал XVI,
коробку подач, вал XVII, колеса 27—36, 36—36, 36—27 и винт
с шагом t = 6 мм; вертикальную — через колеса 20—20, вал XVI,
коробку подач, вал XVIII, две пары конических колес 17—17,
17—17 и винт t = 6 мм. При вертикальной подаче суппорта
обрабатывают наружные поверхности, а при горизонтальной
подаче прорезаются торцовые поверхности, снимаются фаски
и т. п.
374
Рис. XIV. 12. Карусельный токарный станок 1508
375
§ 5.	Токарные автоматы и полуавтоматы
Автоматами называются станки, в которых автоматизированы
все рабочие и вспомогательные движения, необходимые для вы-
полнения технологического цикла обработки детали. В обязан-
ности рабочего, обслуживающего станок, входят периодическая
загрузка заготовками, периодический контроль размеров и каче-
ства обработанных деталей, подналадка станка, а также общее
наблюдение за его работой. Токарные автоматы подразделяются
на одношпиндельные и многошпиндельные и применяются для
изготовления деталей из прутка, но в некоторых случаях из штуч-
ных заготовок.
Одношпиндельные автоматы подразделяются на револьверные,
фасонно-отрезные и фасонно-продольные. Многошпиндельные ав-
томаты выпускаются двух разновидностей: станки параллельного
действия и станки последовательного действия (многопозицион-
ные). В станках параллельного действия на всех шпинделях про-
изводятся одинаковые операции, т. е. в течение одного цикла
каждая деталь полностью обрабатывается в одной позиции. Эти
станки представляют собой несколько одношпиндельных автома-
тов, соединенных в один агрегат, и предназначены для обработки
деталей простой формы. В станках последовательного действия
заготовка обрабатывается последовательно в нескольких позициях.
Полуавтоматами называются станки, в которых процесс обра-
ботки осуществляется без участия рабочего. Установку и закреп-
ление заготовки, а также снятие готовой детали производит ра-
бочий. Токарные полуавтоматы подразделяются на одношпин-
дельные и многошпиндельные, на горизонтальные и вертикальные
и применяются для обработки штучных заготовок.
Одношпиндельный токарно-револьверный автомат 1Б136
(рис. XIV.13) предназначен для изготовления сравнительно слож-
ных по форме деталей, требующих выполнения значительного
количества операций разнообразными инструментами. Наиболь-
ший диаметр обрабатываемого прутка 36 мм. Пруток, пропущен-
ный через отверстие направляющей трубы, соединяется со шпин-
делем при помощи зажимной цанги и получает вращательное
движение. В шестипозиционной револьверной головке, имеющей
продольные перемещения, можно устанавливать резцы, сверла,
зенкеры, развертки, метчики, плашки и т. п. Кроме того, в станке
имеются передний, задний и верхний поперечные суппорты, с по-
мощью которых обрабатывают фасонные поверхности, подрезают
торцы, снимают фаски и отрезают готовую деталь. Кинематиче-
ская схема станка представлена на рис. XIV.14. Главное дви-
жение, Шпиндель получает вращение от электродвигателя Мх
через коробку скоростей и ременную передачу. С вала I на вал II
передаются три скорости вращения через колеса 58—37 \ 42—53
и 27—68 посредством переключения электромагнитных муфт
т2 и тп3. Далее движение передается на валы III и IV через смен-
376
пые колеса а' — Ъ' и реверсивный механизм с муфтами т4 и т5.
При одной паре сменных колес а' — Ъ' шпиндель может получить
три правые и три левые скорости вращения. При повороте револь-
верной головки шпинделю автоматически сообщается необходи-
мая скорость вращения в соответствии с последующей операцией.
Это происходит с помощью электропереключателя 4, который
периодически поворачивается с помощью мальтийского механиз-
ма 26, получающего движение через колеса 57—76. Электропере-
Рис. XIV.13. Общий вид автомата 1Б136:
1 — станина; 2 — шпиндельная бабка; 3 — вертикальный суппорт; 4 — пе-
редний и задний горизонтальные поперечные суппорты; 5 — револьверная
головка; 6 — распределительный вал; 7 — тумба; 8 — кулачки; 9 — бара-
баны
ключатель попеременно включает или выключает муфты т17
тп2 и т3. Реверсирование вращения шпинделя при нарезании
резьбы осуществляется при помощи кулачков 25, закрепленных
на поперечном участке распределительного вала 31. Эти кулачки,
действуя на конечный выключатель ВК, осуществляют переклю-
чение электромагнитных муфт т4 и тъ.
Привод вспомогательного и распределительного валов. Вспомо-
гательный вал I получает вращение от электродвигателя М2
через червячную пару 2/24. При наладке станка вспомогательный
вал можно вращать вручную с помощью рукоятки 30 при выклю-
ченной муфте 29. От вспомогательного вала вращение передается
распределительному валу 31 через колеса 29—79, сменные ко-
леса a, bt ct d и червячную пару 1/40.
377
Рис. XIV. 14. Кинематическая Схема автомата 1Б136:
1 — управляющий вал; 2 — муфта управления механизмом подачи и зажима прутка; з — муфта управления, механизмом переключения
револьверной головки; 4 — электропереключатель; 5 — кулачок; 6, 11, 18, 19, 27, 28 — рычаги; 7 — рейка; 8 — шатун; 9 — кривошип-
ный вал; 10 — кулачок; 12 — фиксатор; 13 — револьверная головка; 14 — палец; 15 — мальтийский крест; 16 — барабан управления
зажимной цангой; 17 — барабан управления подающей цангой; 20, 21 — барабаны; 22, 23, 24, 25 — кулачки; 26 — мальтийский меха-
низм; 29 — пусковая муфта; 30 — рукоятка; 31 — распределительный вал
Вспомогательный вал вращается с постоянной
частотой вращения п = 2 об/с. Распределительный
вал делает один оборот за цикл (время полной обра-
ботки детали). Уравнение кинематической цепи от
вспомогательного вала до распределительного будет
иметь следующий вид:
л, 29 а с 1 л
откуда
ас 50
b ’ d t ’
где t — время цикла.
Распределительный вал распределяет все движе-
ния во времени, т. е. дает команды на включение
соответствующих рычагов и кулачковых муфт.
Рассмотрим работу муфты 5, которая предназна-
чена для включения поворота револьверной головки.
На вспомогательном валу 1 (рис. XIV.15, б) сво-
бодно посажена кулачковая полумуфта <2, имеющая
выступ 5. Последний входит в прямоугольный вырез,
сделанный в ступице зубчатого колеса 4 (z — 57).
Такая конструкция позволяет полумуфте 2 переме-
щаться вдоль оси вала без нарушения связи с ко-
лесом 4. Пружина 5 поджимает полумуфту 2 влево,
но палец б, закрепленный на рычаге 7, удерживает
ее от перемещения в этом направлении. Команда на
включение муфты подается кулачком 10, установлен-
ным на барабане 11 (рис. XIV.15, а). При его вра-
щении кулачок поднимает правый конец рычага 7,
в результате чего его левый конец вместе с пальцем 6
опускается, освобождая подвижную полумуфту 2.
Последняя под действием пружины 5 (рис. XIV.15, б)
смещается влево и входит в зацепление с ведущей
полумуфтой 12. В новом положении (рис. XIV.15, в)
полумуфта 2 и колесо 4 начинают вращаться вместе
с вспомогательным валом 7, а палец 6 и призма-
тический фиксатор 8, закрепленный на рычаге Р,
скользят по цилиндрическим поверхностям полу-
муфты 2. На поверхности полумуфты 2 профрезеро-
ван фигурный паз со скосом. Когда этот паз
подойдет к пальцу б, последний под действием пру-
жины западет в него и при дальнейшем вращении
полумуфты палец, перемещаясь по скосу, отведет
полумуфту 2 вправо и выведет ее из зацепления
с полумуфтой 12. Одновременно пружинный фик-
сатор западет в призматический паз полумуфты 2
и зафиксирует ее.
379
Механизм подачи и зажима прутка (рис. XIV.16). Внутри
пологого шпинделя расположены подающая цанга 2 и зажимная
цанга 5. Подающая цанга закалена в сжатом состоянии. При за-
правке автомата пруток проталкивается через подающую цангу,
которая силой упругости прижимается к поверхности прутка.
Подающая цанга ввернута в подающую трубу Z, скрепленную
с ползушкой 5, и может перемещаться вместе с последней. Длина
хода подающей цанги регулируется изменением положения камня 4,
который может перемещаться винтом 14 по пазу рычага 18.
Зажимная цанга 5 закалена в разжатом состоянии. Рычаг 19
барабана 16 связан с втулкой 8 и может перемещать ее вправо или
Рис. XIV.15. Кулачковая муфта автомата 1Б136:
а — общий вид; б — схема с выключенной муфтой; в — схема с включенной муфтой
влево. При перемещении втулки 8 влево последняя нажимает на
левые (длинные) концы рычажков 9. Эти рычажки, опираясь на
шайбу 11, смещают вправо трубу 7 и втулку 6, которая своим
внутренним конусом сжимает зажимную цангу. Возникающая
осевая сила воспринимается гайкой 15, навернутой на правый
конец шпинделя. При перемещении втулки 8 вправо труба. 7
и втулка 8 (под действием пружины 13) быстро отойдут влево;
при этом зажимная цанга разжимается и освобождает пруток.
После того как обработанная деталь отрезана, кулачок бара-
бана 21 (см. рис. XIV.14), действуя на рычаг 28, включает муфту 2,
которая сообщит вращение барабанам 16 и 17 через колеса 36—72.
Барабаны при помощи спиральных канавок будут последова-
тельно поворачивать рычаги 18 и 19 (рис. XIV.16), которые осу-
ществят следующий цикл движений подающей и зажимной цанг:
ползушка 3 вместе с подающей трубой 1 и цангой 2 под действием
рычага 18 перемещаются влево на расчетную длину подачи прутка.
При этом лепестки цанги будут скользить по зажатому прутку.
380
Затем втулка 8 посредством рычага 19 отойдет вправо, освободит
при этом длинные концы рычажков Р, в результате чего труба 7
и втулка 6 под действием пружины 13 переместятся влево, зажим-
ная цанга, разжимаясь, освободит пруток. После освобождения
прутка подающая цанга перемещается вправо и в результате силы
трения переместит пруток до упора, установленного в одной из
позиций револьверной головки. После этого втулка 8 переместится
влево и зажимная цанга зажмет пруток.
Механизм переключения револьверной головки. Револьверная
головка получает подачу от кулачка 5 (см. рис. XIV.14). Под дей-
ствием одного из выступов этого кулачка поворачивается рычаг 1
Рис. XIV. 16. Механизм подачи и за-
жима прутка автомата 1Б136:
19	1 — подающая труба; 2 — подающая цанга;
з — ползушка; 4 — камень кулисы; 5 — за-
жимная цанга; 6, 8 — втулка; 7 — трубка;
9 — рычажки; 10 — подшипники; 11 — шай-
А) ба; 12 — шпиндель; 13 — пружина; 14 —
винт; 15 — гайка; 16 — барабан управления
зажимной цангой; 17 — барабан управления
подающей цангой; 18, 19 — рычаги
(рис. XIV.17) и при помощи зубчатого сектора перемещает рейку 2,
связанную шатуном 3 с кривошипным пальцем вала 4 револьвер-
ного суппорта 12. Во время рабочего хода кривошипно-шатунный
механизм находится в крайнем правом мертвом положении и дви-
жение рейки сообщается суппорту с револьверной головкой 6
(рейку, кривошипно-шатунный механизм и суппорт можно рас-
сматривать как жесткую систему). Пружина 13 стремится сдви-
нуть револьверный суппорт вправо, а поэтому ролик рычага 1
все время прижат к кулачку. Когда ролик окажется в точке,
соответствующей максимальному радиусу поверхности выступа
кулачка, револьверная головка придет в крайнее переднее поло-
жение.
После окончания рабочего хода ролик переходит с кривой
подъейа на кривую снижения и револьверный суппорт под дейст-
вием пружины отходит назад на величину спада кривой. В это
время один из кулачков барабана 20 (см. рис. XIV.14), действуя
на рычаг 271 включит муфту 5, которая, вращаясь вместе с коле-
381
сом z — 57, сообщит через ряд зубчатых колес один оборот валу 9.
За полоборота этого вала суппорт (при неподвижной рейке)
отойдет вправо. Во время отхода револьверного суппорта назад
кулачок 10, действуя на двуплечий рычаг, выводит фиксатор 12
из отверстия револьверной головки. После этого палец 14 войдет
в один из шести пазов мальтийского креста 15 и повернет револь-
верную головку на 60°. Кривошипный вал 9, продолжая вращаться,
переместит револьверный суппорт в крайнее левое исходное по-
ложение для следующей операции.
Механизм перемещения поперечных суппортов. Движения перед-
нему и заднему поперечным суппортам передаются от кулачков 22,
Рис. XIV. 17. Револьверный суппорт автомата 1Б136:
1 — рычаг; 2 — рейка; 3 — шатун; 4 — кривошипный вал;
5 — кулачок; 6 — револьверная головка; 7 — диск; 8 — маль-
тийский крест; 9 — кулачок; 10 — рычаг; 11 — фиксатор;
12 — суппорт; 13 — пружина
23, закрепленных на распределительном валу 31 (см. рис. XIV.14).
Передний суппорт получает движение при помощи рычага 6 с сек-
тором 7 (рис. XIV.18), сцепленным с рейкой 8. Заднему суппорту
движение сообщается при помощи двух рычагов 9 и 10 и рейки 11.
Чтобы отрегулировать радиальное положение резцов относи-
тельно детали, оба суппорта при наладке можно передвигать в по-
перечном направлении. Для этого отвертываются болты 1 и при
помощи гаек 3 передвигают суппорты относительно их реек. Пре-
дельные положения суппортов устанавливают при помощи вали-
ков-упоров 4 и неподвижных упоров 5. Положения валиков-упо-
ров 4 можно регулировать винтами 2.
Одношпиндельный автомат продольного точения 1Б10А. Авто-
мат предназначен для изготовления методом продольного точения
деталей сложной конфигурации диаметром до 6 мм и длиной до
60 мм из калиброванного прутка. Точность обработки по диаметру
1—2-го классов, а по длине не ниже 2-го класса, при шерохова-
тости v7—78.
382
Обрабатываемый пруток 18 (рис. XIV.19), закрепленный
в шпинделе цангой 11, осуществляет вращательное движение и
одновременно получает продольную подачу вместе с бабкой 12,
Суппорты 7, 2, 3, 4, 5 в процессе обработки или остаются непод-
вижными, или получают поперечную подачу. Суппорты 1 и 2
Рис. XIV.18. Поперечные суппорты автомата 1Б136
закреплены на балансире 6, качающемся на оси 7. Упор 10 балан-
сира прижимается к кулачку 9 пружиной 8, При вращении ку-
лачка 9 балансир 6 поворачивается и перемещает суппорты 1 и 2,
Причем если суппорт 1 приближается к прутку, то суппорт 2
отходит. Суппорты 3, 4 и 5 смонтированы в одном корпусе. Лю-
Рис. XIV.19. Принцип работы автомата 1Б10А
нет 13 располагается в непосредственной близости от режущих
кромок резцов. В результате создаются благоприятные условия
для снятия стружки и получения высокой точности и наименьшей
шероховатости обрабатываемой поверхности.
На автомате производится многоинструментальная обработка
цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, а также
прорезка канавок, подрезка торцов с помощью пяти суппортов.
Например, при неподвижном положении суппорта с резцом 15 и
383
продольном перемещении шпиндельной бабки вместе с прутком
происходит обтачивание цилиндрической поверхности; если одно-
временно сообщить поперечную подачу одному из суппортов и про-
дольное перемещение шпиндельной бабке, то можно обтачивать
фасонную поверхность, а при неподвижной шпиндельной бабке
и поперечной подаче соответствующих суппортов снимать фаски,
протачивать канавки или отрезать готовую деталь от прутка.
После отрезки готовой детали отрезной резец 14 не отводится от
Рис. XIV.20. Кинематическая схема автомата 1Б10А
прутка немедленно, а используется в качестве упора для подавае-
мого прутка. После отрезки детали зажимная цанга 11 разжи-
мается и пруток перестает вращаться, упираясь левым концом
в отрезной резец 74, правым концом в подающую штангу 16,
которая находится под действием груза 17, После разжима цанги
бабка отходит назад (вправо) на расстояние, равное сумме длины
детали и ширины отрезного резца. Затем цанга зажимается, ре-
зец 14 отводится и цикл движений повторяется. Кинематическая
схема автомата представлена на рис. XIV.20.
Главное движение. Шпиндель получает вращение от электро-
двигателя М через сменные шкивы dx и d2 и постоянные шкивы
диаметром 156 и 63 мм. Шкив диаметром 156 мм имеет большую
384
ширину для того, чтобы ремень мог перемещаться вместе С про-
дольным перемещением шпиндельной бабки.
Частота вращения шпинделя в минуту определяется из урав-
нения
гаШп = 1420 ~ ~ об/мин.
«2 ОО

ь
Рис. XIV.21. Методы
работы фасонно-отрез-
ного автомата:
1 — суппорт отрезного рез-
ца; 2 — обрабатываемая де-
таль (пруток); 3 — упор для
подачи прутка; 4 — суппорт
с установленным фасонным
резцом
Набор сменных шкивов обеспечивает 18 различных частот вра-
щения шпинделя в пределах 1400—10 000 об/мин. Распредели-
тельный вал V делает один оборот &а время обработки детали. Он
получает вращение от приводного вала I
через четырехступенчатую клиноременную
передачу, червячную передачу 4! 18, смен-
ные колеса а, &, двухступенчатую ремен-
ную передачу, муфту тх и червячную
передачу 1/45. При включении муфты тп2
выключается муфта 7ПХ и распределитель-
ный вал может получить вращение с по-
мощью рукоятки 7.
Распределительный вал управляет все-
ми движениями в станке. От кулачка 2
получает движение балансир с двумя суп-
портами 6 и 7. Кулачки <?, 9 и 10 передают
движения соответственно суппортам 5, 4
и 5. Кулачок 11 управляет зажимной цан-
гой. Продольную подачу шпиндельная
бабка получает от кулачка 72, а быстрый
отвод бабки в исходное положение осуще-
ствляется пружиной 75.
Фасонно-отрезные автоматы предназ-
начены для изготовления коротких дета-
лей диаметром от 3 до 20 мм. Имеется несколько моделей этих
автоматов, которые обрабатывают детали из прутка или из про-
волоки (свернутой в бунт). Обработка детали ведется, как пра-
вило, фассонными резцами, имеющих поперечную подачу.
Технологический процесс обработки деталей на этих автома-
тах строится, исходя из следующего цикла движений рабочих
органов станка (рис. XIV.21): 1) подвод упора в рабочее положе-
ние, на линию шпинделя; 2) подача прутка 2 до упора; 3) зажим*
прутка; 4) отвод упора; 5) быстрый подвод суппортов 4; 6) рабо-
чая поперечная подача суппортов; 7) отрезка детали резцом;
8) быстрый отвод суппортов; 9) освобождение прутка от зажима.
Фасонно-отрезные автоматы являются высокопроизводительными
станками и применяются в массовом и крупносерийном произ-
водстве.
Четырехшпиндельный токарный автомат 1А290 предназначен
для серийного и массового изготовления деталей из калиброван-
ных прутков диаметром до 125 мм. В шпиндельном барабане 1
385
(рис. XIV.22) расположены четыре шпинделя (7—IV). Обработка
ведется последовательно в четырех позициях инструментами, уста-
новленными на четырех поперечных суппортах 3—6 и на одном
продольном суппорте 2. Последний является общим для всех четы-
рех позиций. В позиции IV производится отрезка готовой детали,
а также подача прутка до упора. В позициях III или IV произво-
дится нарезание резьбы. После обработки детали суппорты быстро
отводятся назад, а шпиндельный барабан поворачивается на 90°;
при этом пруток, выдвинутый в позиции IV, перейдет в, позицию I,
где будет частично обработан; заготовка (пруток), прошедшая
перед этим частичную обработку в позиции I, перейдет в пози-
цию II, где будет подвергнута дальнейшей обработке; с пози-
ции II заготовка перейдет в
позицию III, а с позиции III
в позицию IV. Следователь-
но, каждая деталь обрабаты-
вается последовательно на
четырех позициях, а поэтому
за каждый цикл движений,
т. е. за время между двумя
последовательными поворо-
тами шпиндельного барабана
на 90°, происходит обработ-
ка одной детали. Таким об-
разом, цикл движений авто-
мата складывается из рабо-
Рис. XIV.22. Метод работы автомата
1А290
чих операций инструмента,
подачи и зажима прутка, освобождения и зажима шпиндельного
барабана и его поворота.
Технологический процесс разрабатывается таким образом,
чтобы время обработки на всех четырех позициях было по-возмож-
ности одинаковым. Машинное время цикла равно времени наиболее
продолжительной обработки в одной из позиций.
Кроме работы по указанному автоматическому циклу станок
может работать как полуавтомат — при обработке штучных за-
готовок (штамповок, отливок, остатков прутков). В этом случае
установка заготовки и снятие готовой детали производятся вруч-
ную. В конце каждого цикла станок автоматически останавли-
вается.
Для удобства наладки станок снабжен отдельным электродви-
гателем, который сообщает рабочим органам медленные движения.
Таким образом, автомат может работать на трех режимах: 1) авто-
матическом, 2) полуавтоматическом и 3) наладочном. Кинематиче-
ская схема автомата 1А290 представлена на рис. XIV.23.
Главное движение. От электродвигателя (мощностью N —
= 28 кВт) вращение передается через клиноременную передачу
(dx = 200 мм и rf2 - 342), через колеса 30—36, сменные колеса
а' — b' — cf — d! центральному валу II, на котором закреплено
386
co
00
Рис. XIV.23. Кинематическая схема автомата 1А290
зубчатое колесо 43. Это колесо передает вращение одновременно
всем четырем шпинделям через зубчатые колеса 43. Необходимые
частоты вращения шпинделей в пределах 54—810 об/мин настраи-
ваются с помощью сменных колес а',	с', d'. Частота вращения
любого из шпинделей может быть подсчитана по уравнению
j/rn200 30 af с* 43 г,
ге = 1450342-36-V^-43°6/MHH-
Привод распределительного вала. Распределительный вал III
управляет всеми рабочими и вспомогательными движениями авто-
мата. Он делает один оборот за время полной обработки детали.
Во время рабочих операций распределительный вал вращается
медленно, а в период холостых ходов он вращается быстро. Рас-
пределительный вал во время выполнения рабочих движений
получает вращение от центрального вала II через червячную
передачу 3/30, сменные колеса a, ft, с, d, муфту тп2, колеса 30—30
и червячную передачу 1/50. Частота вращения распределительного
вала при рабочих движениях определяется из уравнения
4/гл 200 30 а' с' 3 а с 30	1 г,
пР-в — 1450 342 ’ 36 * У  ~d7  30 ‘ Т "d ' 30 ’ 50 об/мин-
Для сообщения распределительному валу быстрого вращения
включается электромагнитная муфта ап3, а муфта тп2 отключается.
В этом случае движение передается от вала 1 через колеса 19—46,
муфту тп3, колеса 30—30 и червячную пару 1/50. Частота враще-
ния распределительного вала во время холостого хода постоянна:
пр.вх = 1450342 • 46.35 . gg = 7 об/мин.
Распределительный вал получает медленное наладочное дви-
жение от электродвигателя М2 через колеса 19—45, 45—84,
муфту тг, колеса 48—86 и червячную передачу 1/50. Распредели-
тельный вал можно вращать рукояткой, которая надевается на
квадрат 1. На распределительном валу закреплен барабан 4, кото-
рый сообщает движения продольному суппорту 2 при помощи
цилиндрических кулачков и рычажного механизма. К барабану 4
прикреплен дисковый кулачок 5, управляющий откидным упо-
ром 17. Кулачки 6 и 7 при помощи рычажных механизмов сооб-
щают соответственно движения верхним и нижним поперечным
суппортам 15 и 16. Кулачок 8 управляет механизмом фиксации
шпиндельного барабана 14. Рычаг 9 управляет поворотом шпин-
дельного барабана. Этот рычаг, вращаясь вместе с распредели-
тельным валом, входит в один из пазов мальтийского креста 10
и поворачивает его на 90°, а мальтийский крест через колеса 90—36
и 87—174 поворачивает шпиндельный барабан. Перед поворотом
шпиндельный барабан поднимается с помощью кулачка 11 на
временных опорах на 0,5мм над постоянными опорами, на которых
он находится во время рабочих операций. Этот подъем произво-
388
дится для того, чтобы исключить износ постоянных опор во время
его поворота. Подъем барабана происходит следующим образом
(рис. XIV.24). При вращении распределительного вала 3, кула-
чок 4, нажимая на ролик 2, поворачивает рычаг 7, который при
помощи тяг 12 и 9 поднимает бронзовую колодку 7, закреплен-
ную на рычаге 5. Колодка 7 поднимает шпиндельный барабан над
постоянными опорами 6 и 11 примерно на 0,5 мм и прижимает
его к направляющим роликам 13 и 5. Следовательно, при повороте
шпиндельный барабан опирается на опоры 7, 5 и 75. Величина
подъема шпиндельного бара-
Рис. XIV.24. Механизм подъема
шпиндельного барабана автомата
1А290
Рис. XIV.25. Схема механизма
фиксации шпиндельного бара-
бана автомата 1А290
XIV.23) управляют механизмами подачи и зажима прутка. Бара-
бан 3 сообщает движения резьбонарезному и сверлильному при-
способлениям.
Механизм фиксации шпиндельного барабана работает следую-
щим образом. На распределительном валу 7 (рис. XIV.25) закреп-
лен кулачок 2 с торцовым криволинейным пазом, состоящим из
двух участков: паза а, расположенного на’ меньшем радиусе ку-
лачка, и паза б, расположенного на большем радиусе. Когда ро-
лик 3 из паза а попадет в паз б, то рычаг 4, поворачиваясь против
часовой стрелки вокруг неподвижной оси, переместит влево тягу 5.
В результате повернется фиксирующий рычаг 7, нижний конец
которого войдет в гнездо шпиндельного барабана 8. Одновременно
тяга 5, перемещаясь вправо, повернет рычаг 10, нижний конец
которого также войдет в паз барабана. Перед поворотом шпин-
дельного барабана ролик 3 войдет в паз а, рычаг 4 повернется по
часовой стрелке, тяга 5 переместится вправо и фиксаторы 7 и 10
освободят шпиндельный барабан. Регулируя натяжение пру-
жины б, можно изменять давление фиксаторов.
389
В автомате имеется шнековый транспортер для удаления
стружки, который приводится в движение от отдельного электро-
двигателя М3 через червячную передачу.
Токарные гидрофицированные одношпиндельные полуавтоматы.
Наша станкостроительная промышленность выпускает гамму
гидрофицированных многорезцовых и копировальных полуавто-
матов различных типоразмеров. Эти полуавтоматы являются
быстроходными, мощными, высокопроизводительными станками,
которые можно эффективно использовать не только в массовом,
Рис. XIV.26. Гидрофицированный токарно-копировальный полуавтомат 1722
но и в серийном производстве, так как гидравлический привод
облегчает и упрощает автоматизацию, снижает продолжительность
наладочных работ и т. д.
Полуавтомат 1722 (рис. XIV.26) предназначен для изготовле-
ния деталей сложной конфигурации с цилиндрическими, кониче-
скими и фасонными поверхностями. Особенностью данного станка
по сравнению с другими многорезцовыми полуавтоматами является
наличие верхнего копировального суппорта 8, который обрабаты-
вает фасонный профиль. Обработка ведется одним резцом, вос-
производящим на детали форму шаблона (или эталонной детали),
установленного на станке. Резцами, закрепленными на нижних
суппортах 13, производится подрезка торцов, протачивание кана-
вок и др. При копировальном методе обработки уменьшается общее
количество работающих резцов, уменьшается время на нерена-
390
ладку, увеличиваются режимы резания, в результате на этих
станках увеличивается производительность по сравнению с обыч-
ными многорезцовыми полуавтоматами.
Главное движение. Коробка скоростей приводится в движение
от главного электродвигателя Мг через клиноременную передачу
с диаметрами шкивов 140—280 мм. Посредством двух передвиж-
ных блоков и сменных колес, расположенных в коробке скоростей,
шпинделю можно сообщить 14 различных частот вращения в пре-
делах 71 —1410 об/мин.
Перемещение суппортов, а также перемещение и закрепление
пиноли задней бабки осуществляются гидроприводами. Все гид-
ромеханизмы станка получают масло от сдвоенного' лопастного
насоса 14, состоящего из насоса быстрых перемещений и насоса
рабочих подач. Копировальный суппорт 8 расположен на ка-
ретке 5. Последняя перемещается в продольном направлении
цилиндром 4, а копировальный суппорт 8 перемещается по ка-
ретке в поперечном направлении с помощью цилиндра 1 (цилиндр 1
связан с копировальным суппортом, а шток 6 скреплен с карет-
кой 5).
Для получения правильных диаметральных размеров детали
необходимо регулировать (при наладке) расстояние между щу-
пом 15 и резцом в вертикальной плоскости. Для этого корпус
копирного золотника перемещается относительно поперечного
суппорта при помощи маховичка 7 (см. рис. XIV.26). Взаимное
положение шаблона 16 и обрабатываемой детали в осевом напра-
влении устанавливается посредством перемещения шаблона 16
маховичком Р.
Поперечные (подрезные) суппорты 13 получают поперечные
движения относительно неподвижных кареток от цилиндра. Со
штоком цилиндра связана планка с установленными на ней кулач-
ками 17, к которым прижимаются ролики 18 подрезных суппортов
под действием пружин. При перемещении штока с планкой вправо
кулачки, действуя на ролики, переместят суппорты в направ-
лении к обрабатываемой детали. По окончании обработки суппорты
под действием пружины отходят в исходное положение. Попереч-
ные суппорты при наладке перемещаются в осевом и радиальном
направлениях и устанавливаются в соответствии с профилем обра-
батываемой детали.
В станке все суппорты осуществляют автоматизированные
„циклы рабочих и холостых движений. Эти движения управляются
гидравлическими панелями. Каждая гидропанель состоит из от-
дельных гидромеханизмов, смонтированных в одном узле. Гидро-
панели» суппортов направляют масло в цилиндры либо от насоса
быстрых ходов (суппорты получают быстрые движения), либо от
насоса рабочих ходов (суппорты соответственно получают рабочие
подачи).
Гидропанель 10 копировального суппорта управляется кулач-
ками 5, установленными на планке, прикрепленной к каретке 5.
391
При перемещении каретки кулачки 3 нажимают на конечные
выключатели 2, которые осуществляют необходимые переключе-
ния в гидропанели. Гидропанель 19 подрезных суппортов управ-
ляется кулачками, которые действуют на конечные выключа-
тели 12. Гидропанель задней бабки управляется рукояткой ZZ,
с помощью которой можно осуществлять отжим, отвод, подвод и
зажим пиноли. Наряду с моделью 1722 выпускается гидрокопи-
ровальный полуавтомат 1722П с программным управлением. На
станке вместо обычных упоров и контактных переключателей
применена электронная система со специальными упорами, даю-
щая возможность с меньшей затратой времени настроить станок
на требуемый цикл работы и обеспечивающая контроль переме-
щений рабочих органов станка. На полуавтомате 1722П весьма
эффективно можно обрабатывать Заготовки с большими припу-
сками, так как система программного управления позволяет авто-
матизировать обработку деталей в несколько проходов.
Глава XV
Сверлильные и расточные станки
Сверлильные станки служат для сверления отверстий в сплош-
ном материале, для зенкерования, развертывания и растачивания
отверстий, а также для нарезания внутренней резьбы метчиками.
В различных отраслях промышленности получили наибольшее
распространение сверлильные станки следующих видов:
1.	Одношпиндельные вертикально-сверлильные станки: а) на-
стольные сверлильные станки для обработки отверстий малого
диаметра; станки находят широкое применение в приборостроении;
шпиндели этих станков имеют высокие скорости вращения; б) вер-
тикально-сверлильные станки на колонне (основной и наиболее
распространенный тип), применяются преимущественно для обра-
ботки отверстий в деталях сравнительно небольшого размера;
они имеют тот недостаток, что для совмещения осей обрабатывае-
мого отверстия и инструмента производится перемещение деталей
относительно инструмента (вручную).
2.	Многошпиндельные сверлильные станки, которые обеспечи-
вают значительное повышение производительности по сравнению
с одношпиндельными станками.
3.	Радиально-сверлильные станки применяются для сверле-
ния отверстий в деталях больших размеров. На радиально-свер-
лильных станках совмещение осей отверстия и инструмента осу-
ществляют перемещением шпинделя станка относительно непод-
вижной детали.
4.	Горизонтально-сверлильные станки применяются для глу-
бокого сверления.
5.	Центровальные станки, которые служат для получения в тор-
цах заготовок центровых отверстий.
К станкам сверлильной группы относятся также расточ-
ные станки. В состав расточных станков входят следующие
виды:
1.	Горизонтальные расточные станки, предназначенные для
растачивания предварительно обработанных или отлитых отвер-
стий в сравнительно крупных деталях. Для обеспечения перпен-
дикулярности или параллельности торцов и осей отверстий на
393
станках можно с одной установки обрабатывать отверстия, фрезе-
ровать или обтачивать плоскости.
2.	Координатно-расточные станки, предназначенные для об-
работки отверстий с точным расстоянием между их осями. Осо-
бенностью координатно-расточных станков является наличие спе-
циальных устройств для точного измерения перемещения подвиж-
ных узлов станка.
3.	Алмазно-расточные станки, применяются для чистовой
обработки отверстий алмазными или твердосплавными резцами.
Станки имеют повышенные скорости вращения шпинделя и жест-
кость, в результате чего обеспечивается их виброустойчивость.
§ 1. Вертикально-сверлильные станки
Вертикально-сверлильный станок 2Н135А с автоматизирован-
ным циклом работы предназначен для сверления, рассверливания,
зенкерования, развертывания, а также для нарезания резьб.
Наличие широкого диапазона скоростей вращения и подач шпин-
деля позволяет работать с рациональными режимами резания,
в результате чего уменьшается основное (технологическое) время.
При специальной наладке станок может работать как полуавтомат,
поэтому станок обеспечивает более высокую производительность
по сравнению со станком 2Н135.
Станок компонуется из нормализованных узлов и деталей,
в результате упрощается и ускоряется переналадка станка и за-
мена износившихся деталей. Кроме того, в станке осуществляются
автоматизированные циклы движений. Все это позволяет встраи-
вать станок в автоматические линии. Кинематическая схема
станка приведена на рис. XV.1.
Главное движение. Шпиндель получает вращение от электро-
двигателя Мг через коробку скоростей. Посредством переключе-
ний тройного передвижного блока и двух передвижных двойных
зубчатых блоков шпинделю можно сообщить 12 различных ско-
ростей вращения.
Уравнение кинематической цепи главного движения для наи-
большей частоты вращения шпинделя
л//п 28 35 35 25 50
Птах = 1440	= 1410 об/мин.
Изменение направления вращения шпинделя осуществляется
реверсированием электродвигателя.
Движение подачи заимствуется от колеса 50, закрепленного
на гильзе, в которой скользит шлицевая часть шпинделя. Это
движение передается через колеса 30—53 и 17—48 к валу /X,
от которого с помощью двух тройных скользящих блоков можно
сообщить валу XI девять различных частот вращения. Валы XI
и XII могут соединяться между собой посредством электромагнит-
ной муфты т1. От вала XII передается вращение валу XIIIчерез
передачу 1—60. На валу XIII закреплено реечное колесо 75,
394
Рис. XV. 1. Кинематическая схема вертикально-сверлиль-
ного станка 2Н135А
395
находящееся в зацеплении с рейкой, нарезанной на ниноле шпин-
деля. Таким образом, шпиндель получает девять различных подач.
Уравнение кинематической цепи для наименьшей подачи
л 30 17 20 26 1 э л/ □ .о п л '
smin — 1 ‘ 5з ’ 48 ’ 42 ’ 36 ‘ 60 ’	-3-13 — 0,1 мм/об.
Вал XII, кроме медленного вращения (рассмотренного выше),
может также получать быстрое вращение от электродвигателя
быстрых холостых ходов М2 по специальной цепи через колеса
31—31 и 23—44. Эти движения используются для быстрого отвода
и подвода инструмента.
Ручное перемещение шпинделя осуществляется при помощи
штурвала 7, посаженного на горизонтальном валу XIII. С этого
же вала передается вращение на лимб <2, через колеса 20—47.
Лимб предназначен для отсчета глубины обработки отверстия и
для настройки кулачков. Для отсчета глубины обработки инстру-
мент доводят вручную до контакта с заготовкой и устанавливают
лимб в нулевое положение. Глубина обработки отсчитывается по
шкале на цилиндрической поверхности лимба. На торцовой по-
верхности лимба имеется Т-образный паз, в котором передви-
гаются кулачки при настройке, а потом закрепляются. В станке
предусмотрены три цикла работы: наладочный, механический и
полуавтоматический.
Наладочный цикл используется для наладки станка. При этом
осуществляется ручная подача. При нарезании резьбы подача
также осуществляется вручную. Если шпиндель получает механи-
ческую подачу, то такой цикл называется механическим. Во время
работы наладочным и механическим циклами цепь быстрых пере-
мещений шпинделя выключается.
При полуавтоматическом цикле работы управление станком
осуществляется кулачками, закрепленными на лимбеч Цикл дви-
жений шпинделя состоит из следующих этапов: быстрый подход,
рабочая подача, выдержка (если это необходимо при зачистке
торца), быстрый отход, остановка в исходном положении. В начале
цикла при нажатии на кнопку «Вниз» произойдет быстрый подход
шпинделя, затем первый кулачок отключит электродвигатель
быстрых перемещений и шпиндель получит рабочую подачу.
После обработки отверстия второй кулачок включит цепь быст-
рого хода, а шпиндель начнет подниматься вверх, затем кулачок
опять отключит цепь быстрых перемещений и включит тормоз.
При необходимости цикл работы может быть прерван с отво-
дом шпинделя вверх. Для этого необходимо нажать на кнопку
«Вверх».
§ 2. Радиально-сверлильные станки
Радиально-сверлильный станок 2Н55 (рис. XV.2) предназначен
для сверления, зенкерования и развертывания отверстий, а также
для нарезания резьбы в деталях большого размера в условиях
396
единичного и серийного производства. Станок имеет высокую жест-
кость, достаточную мощность главного электродвигателя, а также
широкий диапазон частот вращения и подач шпинделя, что по-
зволяет работать с рациональными режимами резания. Наличие
Рис. XV.2. Радиально-сверлильный станок 2Н55
гидрофицированного преселективного механизма позволяет пред-
варительно, т. е. во время работы станка, без его останова уста-
навливать необходимые частоту вращения и подачу для следующей
операции. Сосредоточение всех органов управления на небольшом
участке шпиндельной бабки облегчает управление станком.
397
Плита /, на которой закреплен Цоколь 5, имеющий форму пус-
тотелого цилиндра. Внутри цоколя смонтирована на подшипниках
нижняя часть колонны 4, на которой находится траверса 5. По-
следняя с помощью специального привода может перемещаться
по колонне в вертикальном направлении и поворачиваться вруч-
ную вместе с колонной вокруг вертикальной оси. На траверсе
расположена шпиндельная бабка 6, в которой размещены коробка
скоростей, коробка подач и шпиндель. Шпиндельная бабка может
перемещаться вдоль траверсы.
Обрабатываемая деталь закрепляется в приспособлении на
столе 2 станка. Если деталь имеет большие размеры, то она за-
крепляется на плите. При обработке деталь остается неподвиж-
ной. Главное движение и движение подачи осуществляются инстру-
ментом. Совмещение осей режущего инструмента и обрабатывае-
мых отверстий производится поворотом траверсы вместе с колон-
ной и перемещением шпиндельной бабки по траверсе. После
установки инструмента в требуемом положении шпиндельная
бабка закрепляется на траверсе, а колонна закрепляется в цоколе
с помощью гидромеханического устройства (на схеме не по-
казан).
Главное движение. Шпиндель станка получает вращение от
двухскоростного электродвигателя Мъ установленного на верх-
ней части шпиндельной бабки. Коробка скоростей посредством
переключения трех передвижных блоков может сообщить шпин-
делю 24 различных частот вращения, но вследствие совпадения
ряда частот вращения шпиндель имеет только 21 частоту вращения
в пределах 20—2000 об/мин. Реверсирование шпинделя осущест-
вляется переключением двусторонней фрикционной муфты
Максимальную частоту вращения шпинделя можно определить из
следующего уравнения:
OQQn 40 26 32 36 48 9ЛПП
^тах — 2880 ’ 40 ‘ 57 ’ 33 ‘ 28 ’ 38 “ ^000 об/мин.
Движение подачи заимствуется от колеса 33, закрепленного
на шпинделе; коробка подач посредством переключения двух под-
вижных блоков и муфты тп3 может сообщить шпинделю 12 различ-
ных подач в пределах 0,03—1,4 мм/об. Минимальная подача опре-
деляется из выражения
4 33 17 22 18 17 1 9 4/9/10 п по , *
Smin 1 ’ 54 * 48 ’ 44 ’ 49 * 50 ’ 50 ’	3 12 — 0,03 мм/об.
§ 3. Горизонтально-расточные станки
Горизонтально-расточный станок 2620В предназначен для обра-
ботки отверстий в деталях крупных и средних размеров. На нем
можно производить растачивание соосных отверстий, отверстий
с параллельными и взаимно перпендикулярными осями, сверле-
ние, зенкерование, развертывание, нарезание внутренней резьбы,
398
обтачивание торцов радиальным суппортом и фрезерование пло-
скостей.
Основные узлы станка (рис. XV.3): станина 1 коробчатого
типа, на которой смонтирована стойка 2 с люнетом 5; поворот-
ный стол 4, который может перемещаться в продольном и попереч-
ном направлениях. Справа на станине жестко укреплена передняя
стойка 5; по ее вертикальным направляющим перемещается шпин-
дельная бабка б, в которой расположены коробка скоростей, ко-
робка подач и шпиндель 7. На бабке смонтирована планшайба 8
с радиальным суппортом 9,
Станок обеспечивает вращение шпинделя при выполнении
всех основных работ и вращение планшайбы при обтачивании
торцов радиальным суппортом. При сверлении, зенкеровании, раз-
вертывании и растачивании движение подачи сообщают шпинделю
или столу в продольном направлении. При растачивании отверстия
резец закрепляется в борштанге, правый конец которой закреп-
ляется в шпинделе, а левый — вращается в подшипнике люнета.
Если производится фрезерование плоскости, то подачу получает
или шпиндельная бабка, или стол в поперечном направлении.
, Главное движение» Шпиндель или планшайба получают вра-
щение от двухскоростного электродвигателя Мг через коробку
скоростей. С вала I коробки скоростей можно передать валу IV
девять различных частот вращения с помощью двух тройных под-
вижных зубчатых блоков. При переключении муфты т2 гильза VI
и расточной шпиндель V получают вращение по одному из двух
направлений: через колеса 30—86 или 47—41. Если включить
муфту то получит вращение пустотелый вал VII и закреплен-
ная на нем планшайба 8. Так как некоторые частоты вращения
повторяются, то шпиндель имеет не 36, а 22 различные частоты
вращения в пределах 12,5—1600 об/мин, а планшайба — 15 ча-
стот вращения в диапазоне 8—200 об/мин. Направление враще-
ния изменяется реверсированием электродвигателя. Изменение
частот вращения шпинделя и планшайбы производится однору-
кояточным механизмом. Для повышения жесткости, виброустой-
чивости и длительного сохранения прочности выдвижной расточ-
ной шпиндель, имеющий твердую азотированную поверхность,
перемещается в стальных закаленных втулках большой длины.
Привод подач. Рабочая подача и вспомогательные установоч-
ные перемещения осуществляются от регулируемого электродви-
гателя М2, работающего в системе генератор — двигатель. В ка-
честве генератора применен электромашинный усилитель. В за-
висимости от характера выполняемой операции движение от дви-
гателя передается шпинделю, радиальному суппорту и другим
подвижным частям.
Шпиндель получает рабочую подачу через колеса 16—77,
электромагнитную муфту тъ, колеса 60—48, 54—45, 50—25,
муфту mQ, колеса 54—54, 62—44, муфту т1, колеса 44—31 и ходо-
вой винт t — 20 мм. Радиальная подача суппорта осуществляется
399

через планетарный механизм, который получает вращение с двух
сторон по двум цепям.
Если через колеса 92—21 привести во вращение корпус плане-
тарного механизма, то в результате начнет вращаться колесо 16,
которое через колеса 23 и 35 передаст вращение колесу 100. Пере-
даточное отношение этой цепи таково, что колесо 100 и вал VII
планшайбы вращаются синхронно. При этом колесо 23, находя-
щееся в зацеплении с колесом 100, вращаться вокруг своей оси
не будет и суппорт не получит радиальной подачи.
, Если включить муфту ms, то через колеса 64—50, 16—32,
16—23 и 35 получит добавочное вращение колесо 100, т. е. оно
будет вращаться относительно планшайбы. В этом случае коле-
со 100 через колеса 23, 17—17 и через червячно-реечную передачу
сообщит движение (радиальную подачу) суппорту 9 планшайбы.
Продольная подача стола включается муфтой и передается
через колеса 26—65, 16—40 и винт t = 10 мм. Вертикальное пере-
мещение шпиндельной бабки и люнета включается муфтой т3.
Стол получает поперечную подачу через колеса 22—29, 34—42,
16—36 и винт с шагом t = 8 мм. Быстрое вращение стола осу-
ществляется от отдельного электродвигателя М3 через ременную
передачу, червячную пару 2135, зубчатое колесо 13 и зубчатый
венец внутреннего зацепления 188, скрепленный со столом.
При нарезании резьбы кинематическая цепь подачи заимст-
вуется от шпинделя. Необходимый шаг нарезаемой резьбы обес-
печивается подбором сменных колес гитары а, Ъ, с, d.
§ 4. Координатно-расточные и алмазно-расточные станки
Координатно-расточные станки предназначены для оконча-
тельной обработки отверстий с точной установкой координат их
центров относительно базовых поверхностей обрабатываемой де-
тали.
Особенностью координатно-расточных станков является на-
личие специальных устройств для точного измерения перемещения
подвижных узлов станка. Для повышения жесткости координатно-
расточных станков наиболее ответственные детали изготовляют
с большой точностью, а собирают эти детали в узлы более тща-
тельно, с меньшими зазорами. Для обеспечения высокой точности
обработки координатно-расточные станки помещают в изолиро-
ванные помещения, где поддерживается постоянная температура
+20° С (±0,5°). Фундамент этих станков изолируется от воздей-
ствий колебаний соседнего оборудования.
Координатно-расточные станки снабжаются специальными при-
способлениями и принадлежностями. К ним относятся круглый
поворотный стол с вертикальной осью вращения, который при-
меняется для разметки и для обработки отверстий, расположенных
по окружности; поворотный стол с наклонной осью вращения,
401
Рис. XV.4. Двухстоечный ко-
ординатно-расточной станок
2В460:
1 — стол; 2 — станина; 3,	4 —
стойки; 5 — поперечина; 6 — тра-
верса; 7 — вертикальная шпин-
дельная головка; 8 — горизонталь-
ная шпиндельная головка; 9 — лю-
нет; 10 — лимб

применяемый для обработки отверстий, расположенных под углом
к базовой поверхности, и др. Координатно-расточные станки
выпускаются двух видов: одностоечные и двухстоечные.
Координатно-расточные станки 2В430 и 2В460. Одностоечный
станок 2В430 предназначен для обработки отверстий, к размерам
и геометрической форме которых предъявляются требования вы-
сокой точности. На станке можно сверлить, зенкеровать, разверты-
вать, растачивать, фрезеровать и обтачивать торцы, а также про-
изводить разметку точных шаблонов, проверку линейных размеров
и межцентровых расстояний. Таким образом, на станке можно не
только выполнять точные расточные работы, но и проводить точ-
ные измерения.
Двухстоечный станок 2В460 предназначен для выполнения
таких же операций, что и станок 2В430, но только для деталей
более крупных размеров.
Ниже даны некоторые сравнительные параметры станков 2В430
и 2В460. Размеры рабочей поверхности стола (длина X ширина),
соответственно 560 X 320 и 1600 X 1000 мм. Наибольшее продоль-
ное перемещение стола 400 и 1400 мм. Наибольший диаметр свер-
ления 16 и 40 мм. Наибольший диаметр растачивания 80 и 250 мм.
Рассмотрим кинематическую схему вертикальной шпиндельной
головки 7 станка 2В460 (рис. XV.4). Шпиндель получает враще-
ние от двухскоростного электродвигателя М\ через коробку ско-
ростей, которая обеспечивает 18 различных передаточных отноше-
ний. Переключение частот вращения шпинделя производится
с помощью селективного механизма с электрогидравлическим
управлением. Всего шпиндель получает 21 различную частоту
вращения в пределах 20—2000 об/мин. Торможение электродви-
гателя осуществляется электротормозом Т.
Уравнение кинематической цепи главного движения для поло-
жения колес, указанного на схеме,
99 94 40 90
пШп = Пэд-|.|-§4° Об/мин.
Шпиндельная бабка и шпиндель могут получать рабочие по-
дачи, а также медленные и быстрые установочные перемещения от
электродвигателя постоянного тока М2> питаемого от преобразо-
вателя с регулированием напряжения. Для сообщения подачи
шпинделю включается электромагнитная муфта т4, а муфта т3
выключается. Уравнение кинематической цепи подачи будет
17 22 26 100 1 п	,
$шп пэд * 98 ’ 26 ‘ 100 ’ 38 ’ 38 мм/мин.
Для сообщения горизонтальной подачи шпиндельной бабке
необходимо включить муфту тп3, а муфту тп4 — выключить. В этом
случае уравнение кинематической цепи запишется следующим
образом:
17 22 26 29 25	,
$шп, бабки — ^эд 98 ’ 26 ’ JQO 69 38 * ММ/МИН.
404
Установочные перемещения и рабочие подачи шпинделя и
шпиндельной головки изменяются в диапазоне 0,8—630 мм/мин.
Регулирование скорости перемещения шпиндельной бабки и
шпинделя осуществляется путем плавного бесступенчатого изме-
нения частот вращения ротора электродвигателя. Шпиндельная
бабка и шпиндель, кроме механических перемещений, могут полу-
чать ручные перемещения с помощью штурвала. Шпиндель полу-
чает быстрое перемещение от штурвала по следующей цепи: от
колес 81—60, 20—68 и далее через реечное колесо 16. За один
оборот штурвала шпиндель перемещается на величину, равную
60 мм/мин. Если включить муфту т4, а колесо 81 вывести из за-
цепления с колесом 60, то шпиндель получит медленное переме-
Рис. XV.5. Алмазно-расточной станок 2712А:
1 — станина», 2 — мостики» 3 — расточные головки; 4 — шпиндель» 5 — стол;
6 — кожух
щение по цепи колес 22—88, 27—54,1—38, через муфту тп4 и рееч-
ное колесо. Величину перемещения шпинделя можно наблюдать
по лимбу 10, который получает вращение от реечного колеса 16
и далее через колеса 68—20 и 19—85. Шпиндельная бабка полу-
чает медленное движение через колеса 22—88, 27—54, 38—100,
муфту т3, колеса 29—69, 25—38 и реечно-винтовую передачу
с шагом t == 16 мм.
Кинематические схемы горизонтальной и вертикальной шпин-
дельных бабок почти не отличаются друг от друга. Перемещения
бабок и шпинделей осуществляются по аналогичным кинематиче-
ским цепям. Траверса 6 может получать быстрые установочные
перемещения от электродвигателя мощностью N = 2,1 кВт через
две червячные пары 2/36 и винт с шагом t = 8 мм.
На станке 2В460 имеются оптические измерительные устрой-
ства, которые предназначены для точной установки по координа-
там или точного измерения перемещений шпиндельных головок,
шпинделей, стола, для совмещения оси люнета с осью шпинделя
405
горизонтальной головки, а также установочных перемещений
траверсы; причем предварительное измерение с точностью до 1 мм
производится при помощи масштабной линейки, а точная уста-
новка — посредством оптического устройства, снабженного шка-
лой десятых долей и лимбом с ценой деления 0,001 мм.
Измерение перемещений подвижных органов станка 2В430
производится посредством электроиндуктивной системы с помощью
специальных датчиков. Применение индуктивной системы позво-
ляет производить предварительный набор координат и обеспечи-
вает автоматический останов перемещаемого узла в заданной
координате.
Алмазно-расточной станок 2712А предназначен для двусто-
роннего окончательного растачивания отверстий диаметром от 50
до 180 мм, расположенных на одной оси, а также для подрезки
торцов в корпусных деталях.
На станке обеспечивается: некруглость — 3 мкм, отклонение
от соосности на длине 100 мм — 3 мкм, неперпендикулярность
обработанных торцов оси расточенных отверстий — не более
1 мкм на 40 мм. Чистота V6 — V7 при обработке чугуна и стали
и V 8 — V9 при обработке цветных металлов. Высокая точность
и класс чистоты обработки достигаются в результате того, что
станок имеет следующие особенности: 1) в расточных головках
в качестве опор шпинделя применяются гидродинамические под-
шипники; 2) в системе смазки гидродинамических подшипников
предусмотрено специальное устройство для охлаждения масла,
что значительно снижает тепловые деформации в узлах станка;
3) шпиндель получает вращение через ременную передачу (коробка
скоростей отсутствует); 4) станок имеет повышенную жесткость.
На станине 1 коробчатой формы (рис. XV.5) смонтированы мо-
стики 2, на которых устанавливаются расточные головки 5. В ка-
ждой головке расположен шпиндель 4, в котором закрепляется
борштанга (оправка) и патрон для подрезки торцов. По направ-
ляющей станины перемещается стол 5 с закрепленной на нем обра-
батываемой деталью. Каждый шпиндель получает вращение от
отдельного регулируемого электродвигателя постоянного тока
мощностью N = 2 кВт через ременную передачу. Частоты враще-
ния шпинделей могут изменяться в пределах 150—1000 об/мин.
Продольная подача стола осуществляется от электродвигателя
постоянного тока (N = 0,45 кВт) через ременную передачу,
зубчатые колеса 28—40, червячную пару 2128 и далее через корот-
кий винт t = 16 мм, передающий движение рейке с косыми зубьями,
прикрепленной к столу 5. Рабочая подача стола изменяется в пре-
делах 2,5—100 мм/мин, а быстрый ход 150—1000 мм/мин.
Станок может работать как с ручным управлением, так и по
полуавтоматическому циклу, настраиваемому с помощью двух
кулачков, которые закрепляются на столе; эти кулачки действуют
на два конечных выключателя, расположенных на станине.
Глава XVI
Фрезерные станки
Фрезерные станки, согласно приведенной выше классифика-
ции, составляют шестую группу станков. Они широко исполь-
зуются при изготовлении разнообразных деталей машин. При-
меняя различные фрезы, на станках можно обрабатывать плоские
и фасонные поверхности, пазы, поверхности тел вращения, наре-
зать зубчатые колеса по методу копирования, выполнять другие
фрезерные операции.
В группу фрезерных станков входят: консольно-фрезерные,
копировально-фрезерные, продольно-фрезерные, станки непрерыв-
ного действия (карусельно-фрезерные и барабанно-фрезерные),
станки с программным управлением, широкоуниверсальные фре-
зерные станки, бесконсольные вертикально-фрезерные станки,
разные специализированные станки.
§ 1. Консольно-фрезерные станки
Универсальный горизонтально-фрезерный консольный станок
6Р82 (рис. XVI.1) предназначен для выполнения разнообразных
фрезерных работ в условиях единичного и серийного производства.
Наличие полуавтоматического и автоматического (маятникового)
циклов позволяет использовать станок на работах операционного
характера в поточных и автоматических линиях.
Данная модель станка более совершенна по сравнению со стан-
ком 6М82. Она обладает более высокой жесткостью, повышающей
виброустойчивость станка, стойкость режущего инструмента и
производительность обработки, а также рядом других преиму-
ществ. Технологические возможности станка расширены путем
увеличения на 100 мм продольного хода стола. Производитель-
ность станка 6Р82 по сравнению со станком 6М82 повышена на
5%. Станок 6Р82 имеет совершенные формы, отвечающие совре-
менным требованиям технической эстетики.
Станок имеет поворотный стол, поэтому на нем можно фрезеро-
вать винтовые канавки. Компенсирующее устройство (в виде двух
гаек) в механизме продольной подачи позволяет выбирать люфт
407
между ходовым винтом и гайкой и осуществлять на станке фрезе-
рование по подаче.
Главное движение. Шпиндель получает вращение от фланце-
вого электродвигателя Мг переменного тока через упругую сое-
динительную муфту тг и зубчатые колеса коробки скоростей
(рис. XVI.2), смонтированной непосредственно в корпусе станины.
При перемещении подвижных блоков колес коробки скоростей,
Рис. XVIЛ. Общий вид универсального консольно-фре-
зерного станка 6Р82:
1 — фундаментная плита; 2 — станина; 3 — консоль; 4 — по-
перечные салазки; 5 — поворотная часть; 6 — стол; 7 — хобот;
8 — подвески; 9 — электродвигатель главного движения;
10 — шпиндель; 11 — коробка переключения скоростей; 12 — лимб
с числами оборотов (частота вращения) шпинделя; 13 — кнопочная
станция; 14 — место расположения коробки скоростей (в корпусе
станины); 15 — рукоятка переключения скоростей; 10 — коробка
подач; 17 — коробка переключения подач; 18 — лимб с величинами
подач; 19 — рукоятка переключения подач
осуществляемом с помощью коробки переключения 11 (см.
рис. XVI.1), шпинделю можно сообщить 18 различных частот вра-
щения (рис. XVI.3). Уравнение кинематической цепи главного
движения для максимальной частоты вращения шпинделя имеет
вид:
«так = 1460 . § . g . § . § = 1600 об/МИН.
Изменение направления вращения шпинделя осуществляется
реверсированием электродвигателя,
408
409
Рис. XVL2. Кинемати-
ческая схема универ-
сального консольно-фре-
зерного станка 6Р82
Для установки требуемой частоты вращения шпинделя руко-
ятку 15 (см. рис. XVI.1) отжимают вниз, выводя из фиксирующего
паза, и отводят от станины. Затем вращением лимба 12 устанав-
ливают заданную частоту вращения против стрелки-указателя,
нажимают кнопку «Толчок» кнопочной станции 75, осуществляя
кратковременное включение электродвигателя главного движения
и проворачивание колес коробки скоростей для обеспечения воз-
можности поворота рукоятки 75, и возвращают последнюю в пер-
воначальное положение, запирая в фиксирующем пазу. При этом
осуществляется следующее взаимодействие звеньев селективного
механизма коробки переключения скоростей (рис. XVI.4). При
отводе рукоятки 15 (см. рис. XVI.1) от станины зубчатый сектор 7
Рис. XVI.3. График частот
вращения шпинделя стан-
ка 6Р82:
I — v — валы коробки скоро-
стей (см. рис. XVI.2); лучи
(прямые) — пути передачи дви-
жения между валами; отноше-
ния чисел (на лучах) — значе-
ния передаточных отношени й
(рис. XVI.4)j закрепленный на оси рукоятки, поворачивается и
перемещает валик 4 и диск переключения 5 посредством валика-
рейки 2 и вилки 3 в крайнее правое положение, при котором от-
верстия диска освобождаются от штифтов 6 реек 7.
При вращении лимба 12 (см. рис. XVI.1) диск 5 (рис. XVI.4)
поворачивается с помощью зубчатых конических колес 8 и 9
в положение, соответствующее заданной частоте вращения, а при
возвращении рукоятки 15 в первоначальное положение происходит
перемещение диска влево, при котором осуществляются необходи-
мые переключения блоков зубчатых колес коробки скоростей.
Диск переключения 5 имеет несколько рядов отверстий, располо-
женных по концентрическим окружностям, причем против каж-
дого ряда отверстий располагаются штифты 6 реек 7. Каждая из
трех пар реек находится в зацеплении с реечным колесом 10. На
одной из каждой пары реек закреплена вилка 77. Вилки охваты-
вают шейки соответствующих подвижных блоков коробки ско-
ростей. При движении диска 5 влево штифты 5, не совпавшие с от-
верстиями в нем, упираются в торец диска и перемещают соответст-
410
вующие рейки в том же направлении. Другие рейки при этом
перемещаются в обратном направлении, и их штифты входят
в отверстия диска.
Таким образом, три вилки и три пары реек перемещают один
двойной и два тройных скользящих блока зубчатых колес коробки
скоростей (см. рис. XVI.2), устанавливая их в различные поло-
жения, соответствующие 18 возможным значениям частоты вра-
щения шпинделя. При этом в зависимости от того, какой блок
11
Рис. XVI.4. Селективный механизм коробки переключения скоростей стан-
ка 6Р82
(двойной или тройной) перемещает пара реек, она может занимать
соответственно два или три различных положения.
Движение подачи. Стол с закрепленной обрабатываемой заго-
товкой получает перемещение (подачу) в продольном, поперечном
и вертикальном направлениях от самостоятельного фланцевого
электродвигателя Л/2, смонтированного в консоли, через коробку
подач, зубчатые цилиндрические и конические колеса, располо-
женные в консоли и салазках, и соответствующие ходовые винты
(см. рис. XVI.2). Перемещения и различные зацепления двух
подвижных блоков зубчатых колес на валах VIII и X коробки
подач и передвижного колеса z « 40 перебора с кулачковой муф-
той т2 на валу X коробки позволяют получить 18 различных подач
стола (рис. XVI.5).
411
Максимальное и минимальное значения продольной подачи
определяются из следующих уравнений:
л/оп 26 26 36 24 40 28 18 33 18 18 л	,
*тах ~ 1430 • 50 ’ 57 • 18 ’ 34 ’ 40 ‘ 35 ‘ 33 ’ 37 ’ 16 ‘ 18 ‘ 6	мм/мин;
4/Qn 26 26 18 18 13 18 40 28 18 33 18 18 а	.
«min — 1450 • 50 ’ 57 ’ 36 ‘ 40 ’ 45 ‘ 40 ‘ 40 ’ 35 ‘ зз * 37 * i6 ‘ 18 * b — 25 мм/мин.
Перемещения зубчатых колес коробки подач осуществляются
с помощью коробки переключения 77, смонтированной на корпусе
Рис; XVI.5. График продольной и поперечной подач и ускоренных
перемещений стола станка 6Р82:
VI—XV — валы коробки подач и зубчатых колес, находящихся в консоли и
салазках (см. рис. XVI.2); XVI — винт продольной подачи; лучи (прямые) —
пути передачи движения между валами; отношения чисел (на лучах)— значения
передаточных отношений
коробки подач 16 (см. рис. XVI.1). На передней стороне коробки
переключения подач расположены лимб 7S, на котором нанесены
величины подачи (продольной и поперечной), и рукоятка 19. Зна-
чения вертикальной подачи в 3 раза меньше величин, указанных
на лимбе. Внутри коробки 17 размещается механизм переключе-
ния подач, аналогичный по конструкции и принципу действия
412
механизму переключения частот вращения шпинделя. Основными
звеньями механизма являются диск переключения с отверстиями
и три пары реек с тремя вилками. Диск сидит на валике, противо-
положный конец которого выходит из коробки и служит рукоят-
кой 19.
Переключение подач осуществляется в следующем порядке:
нажимают кнопку, расположенную в головке рукоятки 79, осво-
бождая валик диска переключения от фиксации в осевом направ-
лении; отводят валик с диском на себя за рукоятку, освобождая
отверстия диска переключения от концов реек; вращают валик
с диском и лимбом с помощью рукоятки 19 и устанавливают тре-
буемое значение подачи на лимбе против стрелки-указателя, рас-
положенной на корпусе коробки; плавно перемещают рукоятку
вперед (вместе с валиком и диском переключения) и устанавливают
в первоначальное положение; отпускают кнопку в головке руко-
ятки и проверяют фиксацию последней. При этом диск переклю-
чения воздействует на рейки и производит необходимые переме-
щения зубчатых колес коробки подач. Ускоренные (установочные)
перемещения стола, салазок и консоли осуществляются по укоро-
ченной кинематической цепи. Вращение от двигателя в этом слу-
чае передается через паразитные зубчатые колеса, находящиеся
в постоянном зацеплении, непосредственно зубчатому колесу
z = 33. Колесо закреплено на хвостовике корпуса электромаг-
нитной многодисковой фрикционной муфты быстрого хода тп4,
свободно посаженного и постоянно вращающегося на валу XI
коробки подач (см. рис. XVI.2). Для передачи вращения колесу
z = 28 и да л ее к ходовым винтам корпус муфты должен быть жестко
связан с валом XI. Это осуществляется при включении фрикцион-
ной муфты, которое осуществляется с помощью электромагнита,
срабатывающего при нажатии кнопки быстрого хода. График
ускоренного перемещения приведен на рис. XVI.5. Фрикционная
муфта быстрого хода т4 сблокирована с кулачковой муфтой по-
дач 7П3, что исключает возможность их одновременного включе-
ния. В кинематической цепи подач предусмотрена шариковая
пружинная регулируемая муфта, предохраняющая механизм
подачи от перегрузки. Корпусом муфты служит зубчатое колесо
z = 40. свободно посаженное на валу XI и соединяющееся с ним
с помощью муфты тп3. Оно находится в постоянном зацеплении
с зубчатым колесом z = 40 перебора, расположенным на валу X.
При перегрузке механизма предохранительная муфта срабаты-
вает и подача прекращается.
Станок автоматизирован и может быть настроен на следую-
щие циклы работы (движения стола): 1) полуавтоматические скач-
кообразные: а) быстро — подача — быстро — стоп; б) быстро —
подача — быстро назад — стоп; 2) полуавтоматические чере-
дующиеся: быстро — подача — быстро — подача — быстро назад —
стоп; 3) автоматический маятниковый: быстро вправо — подача
вправо — быстро влево — подача влево — быстро вправо и т. д.
413
Автоматизация рабочих и установочных движений стола осу-
ществляется с помощью механизма автоматического цикла, распо-
ложенного в салазках, и кулачков, набор которых прилагается
к станку. Кулачки, установленные в соответствии с выбранным
циклом на передней плоскости стола, при его перемещении в нуж-
ные моменты поворачивают звездочку, посаженную на оси руко-
ятки продольного хода. Эти движения звездочки передаются меха-
низму автоматического цикла, который при таком воздействии
осуществляет автоматическое переключение с ускоренного хода
на рабочую подачу и обратно.
Технологические возможности станка могут быть расширены
при использовании делительной головки, поворотного стола и
других приспособлений. Делительная головка позволяет периоди-
чески поворачивать на требуемый угол или непрерывно вращать
закрепленную в ней обрабатываемую заготовку. С помощью дели-
тельной головки фрезеруют прямолинейные и спиральные канавки
различного профиля (впадины между зубьями зубчатых колес,
канавки сверл, зенкеров, разверток, фрез и метчиков), грани гаек
и головок болтов, пазы, шлицы и др.
Делительные головки бывают простые, универсальные и опти-
ческие. Простые головки, несложные по конструкции, выполняют
с горизонтальным или вертикальным расположением шпинделя.
Применяют их для непосредственного деления заготовки на огра-
ниченное число равных частей (2, 3, 4, 6, 8, 12 и 24). Деление осу-
ществляют поворотом шпинделя, расположенного в корпусе го-
ловки, посредством вращения закрепленного на нем делительного
диска (лимба), имеющего пазы по периферии или отверстия на
торце, с помощью которых определяют величину поворота и фик-
сируют положение диска, шпинделя и заготовки.
Универсальные делительные головки позволяют осуществлять
деление в более широких пределах, причем оно может быть непо-
средственным, простым и сложным (дифференциальным). При непо-
средственном делении червяк z = 1 выводят из зацепления с чер-
вячным колесом z = 40 (рис. XVI.6, а) и поворачивают заготовку
непосредственным вращением лобового делительного диска 7,
закрепленного на переднем конце шпинделя 2. Для определения
угла поворота диск имеет отверстия на торце или шкалу на пери-
ферийной поверхности. Простой метод деления, осуществляемый
при зацеплении червячной пары, производят с помощью жестко
связанного с корпусом головки бокового делительного диска 5,
имеющего на обоих торцах по нескольку рядов отверстий, равно
расположенных по концентрическим окружностям. Вращением
рукоятки 4 вокруг неподвижного диска 3 поворачивают шпиндель
головки с закрепленной заготовкой. Частоту вращения рукоятки
определяют из соотношения
414
где N — характеристика делительной головки (передаточное от-
ношение от шпинделя к рукоятке);'z — требуемое число делений.
Сложное (дифференциальное) деление применяют в случае,
когда простое деление невозможно. При сложном методе деления
требуемый угол поворота заготовки получается в результате вра-
щения рукоятки 4 относительно делительного диска 3 и поворота
самого диска, которому сообщает вращение шпиндель 2 через
сменные зубчатые колеса а, 6, с, d (см. рис. XVI.6, а). При этом
справедливо равенство
п = П14-п2,
N
где п = —----частота вращения рукоятки, соответствующая пово-
роту детали на у ее оборота; п± = --частота вращения рукоятки
Рис. XVI.6. Кинематическая схема универсальной делительной го-
ловки, настроенной на сложное деление (а) и фрезерование винтовых
канавок (б)
относительно делительного диска; п2 = — i — частота вращения
1
делительного диска, соответствующая повороту детали на — ее
оборота; N — характеристика делительной головки; i — переда-
точное отношение сменных зубчатых колес; z — заданное число
делений; zY — вспомогательное число делений, выбираемое из
условий возможности деления на частей методом простого деле-
ния, небольшой величины разности z± — z, обеспечения переда-
точного отношения i от шпинделя к делительному диску посред-
ством имеющихся сменных зубчатых колес.
Из приведенного равенства следует
A , ч
1 = -(Z1-Z).
415
Так как может быть выбрано несколько большим или мень-
шим 2, передаточное отношение i может быть соответственно
положительным или отрицательным. При положительном i напра-
вления вращения рукоятки и делительного диска совпадают (по
часовой стрелке), при отрицательном i они вращаются в противо-
положных направлениях (диск — против часовой стрелки). Необ-
ходимое направление вращения делительного диска достигается
постановкой в гитару паразитного колеса или без пего.
Рис. XVI.7. Общий вид вер-
тикально-фрезерного станка
6Р12:
1 — фундаментная плита; 2 — ста-
нина; з — консоль; 4 — попереч-
ные салазки; 5 — поворотная
шпиндельная головка; 6 — шпин-
дель; 7 — стол; 8 — электродвига-
тель главного движения; 9 — ко-
робка переключения скоростей;
10 — лимб со значениями частоты
вращения шпинделя; 11 — короб-
ка подач; 12 — коробка переклю-
чения; 13 — лимб с величинами
подач
Фрезерование винтовых канавок осуществляют при непрерыв-
ном вращении шпинделя делительной головки, которое заимст-
вуется от винта продольной подачи стола станка (рис. XVI.6, б).
Передаточное отношение сменных колес определяют из соотно-
шения
._ aL _____ Nt
l~Tx' di ~1Г’
где N —- характеристика делительной головки; t — шаг винта
продольной подачи стола станка в мм; Н — шаг винтовой канавки
в мм.
Заготовку устанавливают в центрах делительной головки и
ее задней бабки, закрепленных на столе универсально-фрезерного
станка. Стол поворачивают на угол наклона винтовой канавки.
Оптические делительные головки применяют для осуществле-
ния точного деления, а также для контроля правильности выпол-
ненных делений.
416
Вертикально-фрезерный консольный станок с поворотной шпин-
дельной головкой 6Р12 (рис. XVI.7) предназначен для выполнения
различных операций торцовыми, цилиндрическими, концевыми,
дисковыми и фасонными фрезами в единичном и серийном произ-
водствах. В результате возможности полуавтоматического и авто-
матического циклов движения стола станок может быть исполь-
зован в поточных и автоматических линиях. Вертикальное
расположение и возможность поворота оси шпинделя станка соста-
вляют его основное отличие от станка 6Р82. В остальном кине-
матика и конструкция основных узлов станков аналогичны.
Одинаковы также значения частоты вращения шпинделя и подач.
Станок 6Р12 более совершенен по сравнению со станком 6М12П.
Усовершенствования станка 6Р12 те же, что и у станка 6Р82.
§ 2. Копировально-фрезерные станки
Копировально-фрезерный полуавтомат 6Б443 с электрогидрав-
лическим следящим приводом подач (рис. XVI.8) предназначен
для обработки поверхностей пространственно-сложной формы
Рис. XVI.8. Копировально-фрезерный полуавтомат 6Б443:
1 — станина; 2 — основание; з — стойка; 4 — поперечина;
5 — шпиндельная бабка; 6 — стойка (кронштейн) копировального
прибора; 7 — копировальный прибор; 8 — копировальный палец;
9 — концевая фреза; 10 — стол копира; 11 — стол заготовки;
12 — балка
(поверхностей матриц, пуансонов, пресс-форм, моделей и подоб-
ных деталей). Обработка ведется главным образом по копиру,
представляющему по форме изделие или часть его в натуральную
величину и выполненному из легкообрабатываемого материала.
417
На станке возможны следующие виды обработки: 1) строчечная
обработка по копиру горизонтальными или вертикальными строч-
ками (простыми, односторонними и контурными); 2) автоматиче-
ское контурное копирование; 3) автоматическое трехмерное копи-
рование; 4) обработка цилиндрических поверхностей по плоскому
копиру; 5) обработка с использованием манипулятора; 6) обра-
ботка «зеркальных» по отношению к копиру заготовок; 7) обыч-
ная фрезерная обработка (без копира).
Главное движение передается шпинделю от асинхронного элек-
тродвигателя (N = 4 кВт) через коробку скоростей. Он может
получать 20 различных частот вращения в пределах 31,5—
2500 об/мин.
Шпиндель станка смонтирован в пиноли при обеспечении вы-
сокой радиальной и осевой жесткости.
Движение подачи. Вертикальную и поперечную (осевую) по-
дачи получает шпиндельная бабка 5 с фрезой и копировальным
прибором 7, стойка которого закреплена на бабке (см. рис. XVI.8).
Шпиндельная бабка смонтирована на поперечине 4 и перемещается
в осевом направлении по направляющим последней, а в вертикаль-
ном — вместе с ней по направляющим стойки 5, жестко связанной
со станиной 1. Продольная подача сообщается вертикальному сто-
лу 11, служащему для крепления заготовок, и связанному с ним
столу копира 10, на котором закрепляют копиры. Столы переме-
щаются в горизонтальном направлении, перпендикулярном к оси
шпинделя (и копировального прибора), по направляющим ста-
нины и стойки копира. При прямом копировании между столами
копира и заготовки осуществляется жесткая связь, и они пере-
мещаются в одном направлении. При обработке заготовки, «зер-
кальной» по отношению к копиру, столы связывают двойной рееч-
ной передачей, и они перемещаются в противоположных направле-
ниях. В случае же обработки по плоскому копиру их разъединяют
и стол копира жестко закрепляют на своей стойке. Все направляю-
щие защищены посредством «растяжного меха». Указанные пере-
мещения рабочих узлов станка осуществляются электрогидравли-
ческими следящими приводами, аналогичными для всех трех по-
дач. В качестве двигателей в приводах используются гидроци-
линдры, управление которыми осуществляется автоматически
следующим образом. Копировальному прибору и связанной с ним
фрезе задается движение по траектории копирования, и копиро-
вальный палец 2 ощупывает поверхность копира (рис. XVI.9, а).
При этом в зависимости от режима копирования копировальный
палец отклоняется в радиальном (на угол у) или осевом направле-
ниях от своего исходного (нулевого) положения относительно кор-
пуса копировального прибора. Это отклонение, называемое ошиб-
кой копирования или рассогласованием, представляет первичную
информацию для следящей системы станка.
Индуктивные датчики копировального прибора преобразуют
линейное перемещение копировального пальца в сигнал (напря-
418
жение), пропорциональный ошибке копирования, управляющий
приводами подач. Сигнал вызывает перемещения рабочих органов
станка, направленные на уменьшение ошибки копирования. При
отсутствии ошибки (нулевое положение) прибор не выдает сигнала.
Информация в виде напряжения переменного тока выдается дат-
Рис. XVI.9. Принципиальная
схема копирования станка
6Б443:
а — упрощенная схема следящего
привода; 1 — копир; 2 — копиро-
вальный палец; з — обрабатывае-
мая заготовка; 4 — фреза; 5 — фа-
зочувствительный усилитель; 6 —
электрогидравлический преобразо-
ватель; 7 — тахогенератор; 8 — ги-
дроцилиндр привода вертикальной
подачи; .9 — гидроцилиндр привода
поперечной (осевой) подачи; б —
схемы строчечного (А), строчечно-
контурного (Б) и трехмерного (В)
копировальных приборов; 10 —
шпиндель; 11 — якорь согласую-
щего датчика; 12 — согласующий
датчик; 13 — пружина, осуществ-
ляющая контакт пальца с копиром;
14 — контурные датчики; 15 —
якорь контурных датчиков; 16 —
якорь осевого датчика; 17 — осе-
вой датчик

чиками копировального прибора на вход фазочувствительного
усилителя 5 (рис. XVI.9, а), преобразующего этот сигнал в на-
пряжение постоянного тока, которое поступает в электрогидрав-
лический преобразователь 6, сочетающий электромеханический
преобразователь с двухкаскадным гидравлическим усилителем.
Электрогидравлический преобразователь, получив сигнал, пре-
образует его в пропорциональное отклонение от нейтрального
положения золотника гидравлического усилителя. Величина от-
419
клонения определяет расход рабочей жидкости (масла турбин-
ного 22), поступающей к гидроцилиндру, а следовательно, и ско-
рость перемещения рабочего органа станка. Питание электро-
гидравлических преобразователей осуществляется от станции
гидропривода. Постоянство величин подач в пределах возможных
на станке достигается применением в следящей системе тахогене-
раторов 7, осуществляющих обратную связь. Управление пода-
чами при копировании может осуществляться в трех режимах:
строчечном, контурном и трехмерном; причем выбор режима
определяется характером поверхности изделия, которая должна
быть получена в результате об-
работки. В соответствии с ука-
занными режимами применяют
три типа копировальных при-
боров, входящих в комплект
станка: строчечный, строчечно-
контурный и трехмерный (рис.
XVI.9, б).
При строчечной обработке
копировальному прибору за-
дается горизонтальное, верти-
кальное или осевое перемеще-
ние (рис. XVI.10, а), которое
а)	называется задающей подачей.
Рис. XVI. 10. Основные виды обра- Заданная длина перемещения L
ботки на станке 6Б443:	* называется строчкой. В конце
а — строчечная; б — контурная; в — трех- каждой Строчки ПРОИСХОДИТ ОТ-
мерная	ключение задающей и включе-
ние периодической подачи, т. е.
перемещение на заданное расстояние между строчками Z. После
окончания периодической подачи автоматически вновь включается
задающая подача в направлении, обратном предыдущей строчке.
Подача, направленная на поверхность детали и от нее, называется
следящей подачей.
Обработка в контурном автоматическом режиме осуществляется
с продольной и вертикальной подачами, осевая подача отсутствует
(рис. XVL10, б). Копировальный палец соприкасается с копиром
по боковой поверхности.
При трехмерном копировании осуществляется автоматиче-
ский обход контура со слежением по глубине (дну) копира
(рис. XVI.10, в). Пределы величин рабочих подач: вертикальной,
поперечной (осевой) и горизонтальной (продольной) — 6—
1000 мм/мин. Пределы периодических подач — 0,25—50 мм/ход.
Величина быстрых (установочных) перемещений в вертикальном,
горизонтальном и осевом направлениях — 2000 мм/мин.
Контурный вертикальный копировально-фрезерный станок
6М42К с гидравлической следящей системой (рис. XVI. 11) пред-
назначен для полуавтоматической обработки по шаблону криво-
420
линейных наружных и внутренних контуров различных деталей
в условиях крупносерийного и массового производства. Вследствие
простоты переналадки станок может быть использован и в мелко-
серийном производстве.
' Копирующие движения — продольное и поперечное перемеще-
ния стола. Управление ими осуществляется гидравлическим следя-
щим устройством, обеспечивающим постоянство подачи по кон-
туру. Масштаб копирования 1:1. Точность при чистовой обра-
РиС. XVI.11. Контурный
копировально-фрезерный
станок 6М42К:
1 — станина; 2 — колонна;
3 — коробка скоростей (в ко-
лонне); 4 — шпиндельная го-
ловка; 5 — шпиндель; 6 — са-
лазки; 7 — стол; 8 — трейсер-
ный стол; 9 — трейсср;
10 — маслобак; 11 — шпиндель
трейсера; 12 — маховичок регу-
лирования подачи стола (ско-
рости копирования); 13 — ру-
коятка ручного управления
установочными перемещениями
стола;' 14 — упор, определяю-
щий начало рабочей подачи
(врезания) шпиндельной голов-
ки; 15 — упор, определяющий
верхнее положение шпиндель-
ной головки; 16 — пульт уп-
равления; 17 и 18 — толкатели
конечных выключателей уско-
ренного перемещения по кон-
туру и окончания цикла
ботке составляет ±0,05 мм. Станок имеет три автоматических
цикла, позволяющих периодически опускать и поднимать шпин-
дельную головку, включать ускоренное перемещение стола.
Главное движение» Шпиндель получает вращение от асинхрон-
ного электродвигателя М, расположенного в верхней части
колонны, через коробку скоростей (рис. XVI. 12) и шлицевую
втулку. При переключении подвижных блоков зубчатых колес и
использовании сменных колес шпиндель может получить 15 раз-
личных частот вращения в пределах 80-—2000 об/мин. Максималь-
ная частота вращения шпинделя определяется из уравнения
л/аг\ 18 35 58 50 оллп гг/
Птах = 1460 ’ 35 ’ 35 ’ 34 ’ 32 = 2000 об/мин.
421
на трейсерном столе крепятся
\п=М6Ооб/мин
Рис. XVI. 12. Кинематическая схема
станка 6М42К
Шпиндельная головка может перемещаться по вертикальным
направляющим колонны, что осуществляется расположенным в ней
гидравлическим цилиндром. Перемещение вверх — ускоренное,
вниз — ускоренное и с рабочей подачей. Управление гидроцилинд-
ром может быть автоматическим и ручным.
Движение подачи. Продольное и поперечное перемещения стола
осуществляются двумя гидроцилиндрами, расположенными в кор-
пусе салазок и станине, которые управляются следящим устрой-
ством. На столе устанавливают трейсерный стол с шаблоном и
приспособление с обрабатываемой заготовкой. Кроме шаблона
чки включения конечных вы-
ключателей, обеспечивающие
автоматические циклы рабо-
ты станка. Предусмотрены
три автоматических и нала-
дочный циклы. Для настрой-
ки автоматических циклов
необходима соответствующая
установка органов управле-
ния и упоров, действующих
на конечные выключатели.
Одни упоры определяют пе-
ремещения шпиндельной го-
ловки. Другие упоры (ку-
лачки), установленные на
трейсерном столе, непосред-
ственно осуществляют тот
или иной цикл, воздействуя
на толкатели 17 и 18 (см.
рис. XVI.11). В наладочном цикле, используемом для настройки
станка, все движения могут быть получены нажатием соответ-
ствующих кнопок и необходимой установкой переключателей на
пульте управления 16.
При фрезеровании криволинейного контура трейсер, управляя
перемещениями стола станка, осуществляет контакт между шабло-
ном, установленным на трейсерном столе, и следящим пальцем,
закрепленным в шпинделе трейсера 11. Таким образом происходит
копирование по контуру.
Автоматическое управление вертикальными перемещениями
шпиндельной головки осуществляется устройством, называемым
линейной гидропанелью.
Пределы величин рабочих подач стола 25—450 мм/мин. Вели-
чина ускоренных перемещений 1000 мм/мин.
Копировально-фрезерный станок с пантографом 641
(рис. XVI.13) предназначен для выполнения всевозможных копи-
ровально-фрезерных работ: обработка матриц, пуансонов, пресс-
форм, металлических моделей, различных рельефных деталей
и т. п. Для автоматизации работ при объемном копировании ста-
422
нок оснащен автоматическим приводом трейсера (ощупывающего
пальца), что значительно повышает производительность труда.
На станке также могут производиться контурные копировально-
фрезерные работы и гравирование. Возможность работы по контр-
шаблону позволяет при помощи плоского копира производить гра-
вирование различных надписей и узоров на пространственно
сложных поверхностях.
Рис. XVI. 13. Копировально-фрезерный Станок
с пантографом 641:
1 — основание; 2 — станина; 3 — стойка; 4 — стол заго-
товки; 5 — стол копира; 6 — пантограф; 7 — шпиндель;
8 — трейсер; 9 — следящий палец; 10 — фреза; 11 — шкив
привода шпинделя; 12 — верхняя линейка; 13 — каретка
линейки; 14 — подвеска шпинделя; 15 — подвеска трейсера;
16 —- редуктор привода трейсера
Закрепив пантограф неподвижно на столе копира при помощи
специальной стойки, на станке можно производить мелкие фрезер-
ные работы, перемещая вручную стол изделия. Технологические
возможности станка расширяются при использовании наклонно-
поворотного стола, цифрового и буквенного шаблонов. На станке
достигается точность обработки в пределах 0,08 мм при шерохова-
тости обработанной поверхности, соответствующей 6-му классу
чистоты.
423
§ 3. Продольно-фрезерные, карусельно-фрезерные
и барабанно-фрезерные станки
Продольно-фрезерный двухстоечный четырехшпиндельный ста-
нок 6610 (рис. XVI.14) предназначен для обработки крупных
деталей из черных и цветных металлов, сплавов и некоторых видов
пластмасс торцовыми, цилиндрическими, концевыми, дисковыми
Рис. XVI. 14. Продольно-фрезерный двухстоечный станок 6610:
1 — станина; 2 и 3 — стойки; 4 — поперечина; 5 — стол; 6 и 7 — вертикальные
шпиндельные головки; 8 и 9 — горизонтальные шпиндельные головки; 20 — подвес-
х	ной пульт управления
и фасонными фрезами в условиях единичного и мелкосерийного
производства. Станок снабжен поворотными шпиндельными голов-
ками: двумя горизонтальными, смонтированными на стойках, и
двумя вертикальными — на поперечине, которая может переме-
щаться по вертикальным направляющим стоек.
Главное движение сообщается шпинделям, каждый из которых
получает вращение от самостоятельного электродвигателя Мг
через коробку скоростей (рис. XVI.15), обеспечивающую получе-
ние 16 различных частот вращения в пределах 25—800 об/мин,
424
Движение подачи получают стол, совершающий возвратно-
поступательное перемещение по направляющим станины, и шпин-
дельные головки, перемещающиеся по поперечине и стойкам.
Передача движения осуществляется по трем кинематическим це-
пям от трех регулируемых реверсивных электродвигателей по-
стоянного тока, питаемых от электромашинного усилителя (си-
стемы ЭМУ—Д). Цепь подачи стола состоит из редуктора (z =
= 2, z = 27), расположенного у правой стойки, червячной ко-
Рис. XV 1.15. Кинематическая схема станка 6610
робки, установленной между направляющими станины, и проме-
жуточного вала 7, соединяющего редуктор и коробку. В коробке
располагается червяк z = 1, находящийся в зацеплении с чер-
вячной рейкой, закрепленной на нижней стороне стола. Верти-
кальные шпиндельные головки получают перемещение от само-
стоятельного двигателя М3 через коробку подач, смонтированную
на правом торце поперечины, и размещенные в ней ходовые винты.
Перемещение горизонтальных (боковых) шпиндельных головок
осуществляется от двигателя М4 через коробку подач (z = 2,
z = 35), расположенную у левой стойки, раздаточные коробки
2 и 3, размещенные внизу обеих стоек, и смонтированные между
425
их направляющими ходовые винты. Примененные в станке элект*
роприводы обеспечивают бесступенчатое регулирование подач
стола и шпиндельных головок в широких пределах. Схемы элект-
роприводов станка предусматривают изменение величины подачи
стола и шпиндельных головок в пределах 20—2000 мм/мин и
Сменные колеса
z=20;24;28;32;37;42;
48;53;58;62;66;70
Рис. XVI. 16. Кинематическая Схема карусельно-фрезерного станка
6М23
20—1250 мм/мин соответственно, а также быстрые (толчковые)
перемещения стола и шпиндельных головок со скоростью 3200
и 1500 мм/мин. Так как двигатели цепей подачи стола и шпиндель-
ных головок питаются от одного электромашинного усилителя и
схема не предусматривает их одновременное подключение к ЭМУ,
то обработка на станке может производиться или при подаче стола
и неподвижных шпиндельных головках, или при подаче головок
и неподвижном столе. Установочные перемещения поперечины по
426
направляющим стоек осуществляются от электродвигателя М5
переменного тока, расположенного на балке, через червячные ре-
дукторы и ходовые винты. Шпиндельные головки снабжены меха-
низмом отвода инструмента от обработанной поверхности при
ускоренном обратном ходе стола.
Карусельно-фрезерный двухшпиндельный станок 6М23 (рис.
XVI.16) предназначен для обработки плоских поверхностей
деталей из стали, чугуна, цветных и легких сплавов торцовыми
фрезами диаметром до 450 мм. Станок используется в серийном
производстве. Детали закрепляют в приспособлениях, установ-
ленных на круглом столе станка. Рабочими движениями являются
Рис. XVI. 17. Кинематическая схема барабанно-фрезерного станка
ГФ1080М
вращение шпинделей и стола. Обработка, осуществляемая по
принципу непрерывного фрезерования, производится последо-
вательно черновым 1 и чистовым 2 шпинделями, что достигается
соответствующим направлением вращения стола. Снятие детали
с приспособления после чистового фрезерования и установка дру-
гой для обработки производятся при непрерывной работе станка.
Главное движение сообщается шпинделям от двигателя
через коробку скоростей. Переключение двойного блока и исполь-
зование четырех пар сменных зубчатых колес коробки позволяют
получить 13 различных частот вращения шпинделей в пределах:
31,5—500 об/мин для чернового и 50—800 об/мин для чистового
шпинделя.
Движение подачи. Стол, смонтированный на верхних круговых
призматических направляющих салазок, получает вращение от
двигателя М2 через коробку подач, червячную передачу (z = 1,
427
z = 28) и пару цилиндрических зубчатых колес с винтовым зубом
(z — 18 и z = 144). При использовании шести пар сменных зуб-
чатых колес коробки подач могут быть получены 12 различных
значений круговой подачи стола. Установочное перемещение сала-
зок — ручное с помощью винтовой пары (t = 8 мм).
Барабанно-фрезерный 4-шпиндельный станок ГФ1080М
(рис. XVI. 17) предназначен для одновременной обработки двух
торцовых поверхностей деталей (корпусов, валов, вилок и др.),
а также фрезерования пазов дисковыми фрезами. Станок находит
применение в серийном и массовом производствах. Рабочими дви-
жениями станка являются вращение горизонтальных шпинделей,
расположенных попарно на двух шпиндельных бабках 1 и 2,
и вала привода подач 5, на котором между бабками смонтирован
барабан 4 с приспособлениями для крепления обрабатываемых
деталей 5. Обработка производится последовательно двумя чер-
новыми и двумя чистовыми шпинделями по принципу непрерыв-
ного фрезерования. Снятие с приспособления детали, обработан-
ной чистовыми шпинделями, и установка другой детали, подлежа-
щей фрезерованию, осуществляются при вращающемся барабане.
Непрерывное фрезерование позволяет значительно повысить про-
изводительность обработки.
Главное движение. Каждая шпиндельная бабка имеет черновой
и чистовой шпиндели, смонтированные в гильзах. Шпиндель полу-
чает вращение от асинхронного электродвигателя Мг через две
пары цилиндрических зубчатых колес и червячную пару. Приме-
нение сменных колес позволяет сообщить шпинделю 6 различных
частот вращения в пределах: 50—160 об/мин черновому и 63—
200 об/мин чистовому шпинделю.
Движение подачи сообщается барабану с приспособлениями и
с закрепленными в них деталями от асинхронного электродвига-
теля (V = 3 кВт, п = 1430 об/мин) через коробку подач и чер-
вячную коробку 6. При использовании сменных зубчатых колес
коробки подач могут быть получены 12 различных величин круго-
вой подачи барабана в пределах 63—800 мм/мин (на диаметре
1000 мм).
Глава XVII
Строгальные, долбежные и протяжные станки
Эти станки составляют седьмую группу. Особенностью их яв-
ляется возвратно-поступательное главное движение. В эту группу
входят: продольно-строгальные одностоечные и двухстоечные
станки, предназначенные для обработки крупных деталей; попе-
речно-строгальные станки с длиной хода ползуна до 1 м; долбеж-
ные станки; протяжные горизонтальные станки для протягивания
внутренних поверхностей; протяжные вертикальные станки для
протягивания внутренних и наружных поверхностей; разные и
специализированные станки.
§ 1. Строгальные станки
Продольно-строгальный двухстоечный станок 7210 (рис. XVII.1)
предназначен для обработки плоских горизонтальных, вертикаль-
ных и наклонных поверхностей, а также продольных пазов раз-
личного профиля. На станке обрабатывают крупногабаритные
детали в условиях единичного и мелкосерийного производства.
Станок снабжен тремя суппортами. Два вертикальных суппорта
смонтированы на поперечине, один боковой — на правой стойке.
Обрабатываемые заготовки крепят на столе станка.
Главное движение сообщается столу от реверсивного электро-
двигателя постоянного тока Мг (рис. XVII.2), регулируемого по
системе генератор — двигатель, через двухступенчатую коробку
скоростей, промежуточный вал 7, реечное колесо г = 10 и рейку
тп = 10, закрепленную на нижней стороне стола между направ-
ляющими. Привод позволяет осуществлять бесступенчатое регу-
лирование скорости движения стола в широких пределах: 4—90 и
12—90 м/мин при рабочем и обратном (холостом) ходе соответст-
венно. Регулирование скорости обоих ходов независимое, что
достигается применением двух регуляторов скорости (потенцио-
меров), одним из которых устанавливают необходимое число обо-
ротов электродвигателя в направлении рабочего хода, другим —
в направлении обратного хода. Привод обеспечивает также плав-
ное врезание резца в обрабатываемую заготовку и замедленное
429
движение стола в конце рабочего хода, что благоприятствует
работе твердосплавного инструмента. Станок позволяет устанав-
ливать минимальную величину перебега стола, что осуществляется
механизмом длины хода, расположенным на коробке скоростей.
Движение подачи. Суппорты получают периодическую подачу
перед началом рабочего хода стола, а также быстрые установочные
независимые перемещения от двух асинхронных двигателей с ко-
роткозамкнутым ротором через две коробки подач. Привод вер-
тикальных суппортов осуществляется двигателем М2 через коробку
Рис. XVII. 1. Продольно-строгальный двухстоечный станок 7210:
1 — станина; 2 — стол; 3 и 7 — стойки; 4 — поперечина; 5 и 6 — вертикальные
суппорты; 8 — коробка подач вертикальных суппортов; 9 — подвесной пульт
управления; 10 — пульт управления приводом главного движения и переме-
щением стола; 11 — коробка скоростей; 12 — коробка подач бокового суп-
порта; 13 — боковой суппорт
подач, смонтированную на правом торце поперечины. При подаче
вращение от двигателя передается через червячную пару z = 2
и z = 58 на главный вал II коробки подач, на котором неподвижно
закреплен диск 1 с разжимным фрикционом 2, связанным с собач-
кой 11 храповым колесом z == 60 и зубчатым колесом z = 55.
Последнее передает вращение колесам z = 35, свободно посажен-
ным на валу III, которые находятся в зацеплении со свободно
вращающимися на валах V и VI колесами-полумуфтами z = 22.
От них получают вращение колеса-полумуфты z = 22, свободно
посаженные на валах IV и VII. Сцеплением кулачковых муфт
3, 4, 5, 6, перемещаемых по шлицам валов IV—VII, с соответ-
430
ствующими колесами-полумуфтами определяется направление по-
дачи. Валы IV и VII связаны предохранительными кулачковыми
муфтами с ходовыми винтами, а валы V и VI — с ходовыми вали-
ками. Таким образом осуществляется подача суппортов. Перемеще-
ние суппорта происходит до тех пор, пока планка 7 не упрется
Рис. XVI 1.2. Кинематическая схема продольно-строгального станка 7210
(при вращении с диском и фрикционом) в неподвижный упор S,
представляющий втулку на валу III, и не разожмет фрикцион.
После этого двигатель автоматически выключается. В начале
обратного хода стола происходит зарядка механизма подачи, т. е.
возвращение диска 1 и фрикциона 2 в исходное положение. При
этом вал двигателя вращается в обратном направлении, собачка 11
прощелкивает и зубчатое колесо z = 55 остается неподвижным,
а диск 1 и фрикцион 2 поворачиваются вместе с главным валом II
431
до соприкосновения планки 7 с подвижным упором 9. После этого
двигатель выключается. Такая подготовка механизма для осуще-
ствления очередной подачи повторяется при каждом двойном
ходе стола. Величина подачи определяется значением угла между
подвижным и неподвижным упорами. Поворачивая подвижной
упор маховичком 10 через зубчатые колеса z = 19 и z = 76, из-
меняют этот угол и устанавливают необходимую подачу по лимбу,
закрепленному на зубчатом колесе z = 76. При установочных
перемещениях суппортов вал электродвигателя вращается только
в направлении подачи. Одновременно с двигателем включается
электромагнит, который соединяет червячное (z = 58) и храповое
(z = 60) колеса посредством кулачковой муфты т1. Вращение от
электродвигателя передается через червячную пару z = 2 и
z = 58, храповое колесо z = 60 и зубчатое колесо z = 55 на вал III
и далее так же, как и при подаче. В этом случае фрикцион 2 и
собачка 11 не работают.
Коробка подач бокового суппорта по конструкции и принципу
действия аналогична коробке подач вертикальных суппортов.
Отличие состоит в том, что она имеет два выходных вала для пере-
мещения суппорта по стойке и салазкам.
Рассмотренный привод позволяет осуществлять ступенчатое
регулирование подачи в следующих пределах для вертикальных
суппортов: горизонтальная подача — 0,5—25 мм, вертикальная —
0,25—12,5 мм; для бокового суппорта: горизонтальная и верти-
кальная подачи — 0,25—12,5 мм. Для избежания поломки резца
при обратном ходе стола инструмент отводится от поверхности
обрабатываемой детали, что осуществляется в конце рабочего хода
электромагнитом постоянного тока, встроенным в ось поворотной
плиты суппорта. Привод, перемещающий поперечину по направ-
ляющим стоек, состоит из асинхронного двигателя М4 с коротко-
замкнутым ротором, червячных редукторов и винтовых пар. За-
жим поперечины на стойках осуществляется специальным устрой-
ством, включающим двигатель, червячный редуктор, винтовую
пару и систему рычагов.
Продольно-строгальный одностоечный станок 7110 (рис. XVII.3)
предназначен для обработки строгальными резцами плоских гори-
зонтальных, вертикальных и наклонных поверхностей крупных
деталей, таких как станины, стойки, балки, корпуса и др. Его
достоинством по сравнению с двухстоечными станками, в частности
со станком 7210, является возможность обработки деталей более
крупных или специальных конфигураций, которые не могут быть
размещены между стоек двухстоечных станков.
Станок используется в единичном и мелкосерийном производ-
ствах. По кинематике и конструкции основных узлов, а также тех-
ническим данным он аналогичен станку 7210. Различие между
станками 7110 и 7210 состоит лишь в количестве стоек и наличии
консоли у первой модели, выполняющей ту же роль, что и попе-
речина станка 7210.
432
Поперечно-строгальный станок с гидравлическим приводом
7Д37 (рис. XVII.4) предназначен для обработки плоских горизон-
тальных, вертикальных и фасонных поверхностей с прямолиней-
ными образующими в условиях единичного и мелкосерийного
производства.
Строгание осуществляется при возвратно-поступательном дви-
жении ползуна с суппортом и закрепленным в нем резцом в гори-
зонтальном направлении и периодическом прямолинейном переме-
щении стола с обрабатываемой заготовкой в поперечном или вер-
тикальном направлениях.
Рис. XVII.3. Продольно-строгальный одностоечный станок 7110:
1 — станина; 2 — стол; 3 — поперечина; 4 и 5 — вертикальные суппорты;
6 — стойка; 7 — коробка подач вертикальных суппортов; 8 — подвесной пульт
управления; 9 — пульт управления приводом главного движения и перемеще-
нием стола; 10 — коробка скоростей; 11 коробка подач бокового суппорта;
12 — боковой суппорт
Главное движение сообщается ползуну гидравлическим приво-
дом (рис. XVII.5), основными узлами которого являются два ло-
пастных насоса производительностью 50 и 100 л/мин, панель управ-
ления с золотником переключения ступеней скорости перемещения
ползуна, панель с золотниками управления и реверса и силовой
цилиндр. Гидравлический привод осуществляет ступенчатое и
плавное регулирование скорости движения ползуна: золотник
переключения 1 панели позволяет получить четыре ступени ско-
рости, а дроссель 2 панели — осуществить плавное регулирование
скорости в пределах каждой ступени. Регулирование скорости
433
выполняется двумя рукоятками (см. рис. XVII.4). Одной из них
(12) устанавливают ступень скорости, другой (11) регулируют
скорость в пределах этой ступени. Рассмотрим работу привода,
при которой осуществляются указанные четыре ступени скорости,
т. е. при четырех положениях рукоятки переключения. Позиция
I рукоятки переключения скорости соответствует крайне правому
положению золотника 1 (см. рис. XVII.5) и первой ступени ско-
рости: скорость рабочего хода рр = 3	8 м/мин, скорость обрат-
ного (холостого) хода их = 16 м/мин. Масло от насоса произво-
Рис. XVI 1.4. Поперечно-строгальный станок с гидравлическим приводом
7Д37:
1 — гидропанель; 2 — электродвигатель для быстрых перемещений стола; з — рукоятка
для включения горизонтальных и вертикальных подач стола; 4 — коробка подач; 5 —
гидроцилиндр коробки подач; 6 — маховичок для регулирования величины подачи стола;
7 — стол; 8 — суппорт; 9 — упор для привода механизма вертикальной подачи суппорта;
10 и 13 — упоры для переключения хода ползуна; 11 — рукоятка для бесступенчатого
регулирования скорости ползуна в пределах ступени; 12 — рукоятка для ступенчатого
изменения скорости ползуна; 14 — ползун; 15 — станина
дительностью Q = 100 л/мин по трубе 3 поступает в проточки 4
и 5 панели Г32-16 и по трубе 6 сливается в бак, а масло от насоса
с Q = 50 л/мин по трубе 7, проточкам 8 и 9 и каналу 10 промежу-
точной плиты поступает к крану 11 панели Г31-16. При положении
крана «Пуск» масло поступает в проточку 12 и через проточку 13
по трубе 14 в рабочую полость 15 гидроцилиндра, конец штока
которого закреплен в ползуне. Из штоковой полости 16 цилин-
дра масло сливается в бак по трубе 17, проточкам 18, 19, 20,
21 панели, каналу 22 промежуточной плиты, проточкам 23
и 24 стопового золотника 25, по проточкам 26 и 5 панели управ-
ления и трубе 6. Дроссель 2 с регулятором, спуская часть масла,
подаваемого насосом, позволяет получить промежуточные значе-
ния скорости рабочего хода ползуна в пределах 3—8 м/мин.
434
co
Рис. XVII.5. Гидравлическая схема станка 7Д37
Взаимодействие дросселя с регулятором обеспечивает независи-
мость расхода масла, протекающего через дроссель, от давления
масла в системе. В конце рабочего хода упор, установленный на
ползуне, через реечную передачу и систему рычагов перемещает
золотник управления 27 панели вправо. Золотник при перемеще-
нии разъединяет проточки 20 и 21, притормаживая ползун, а
также разобщает проточки 28 и 29, соединяя последнюю с проточ-
кой 30. Это вызывает слив масла из проточки 31 через дроссель 32
и проточки 33 и 34 и перемещение золотника 35 слева направо.
В правом положении золотника 35 проточка 18 не сообщается
с проточкой 19 и соединяется с проточкой 12, а проточка 13 ра-
зобщается с проточкой 12 и соединяется с проточкой 36. При этом
масло поступает по проточкам 12, 18 и трубе 17 в штоковую по-
лость 16 цилиндра ползуна, что вызывает слив масла из рабочей
полости 15 по трубе 14, проточкам 13, 36, 37, 38, трубе 39 и через
клапан. Ползун получает, таким образом, перемещение в обратном
направлении.
В момент реверсирования давление в системе возрастает,
и масло', поступающее по трубе 40 под золотник клапана реверса
41, отжимает его. Проточки 42 и 43 сообщаются, происходит слив
масла, и насос разгружается.
Вторая ступень скорости ползуна, определяемая значениями
рр = 8 -т- 16 м/мин и vx = 32 м/мин соответствует позиции II ру-
коятки переключения и положению золотника 1, при котором
масло от насоса с производительностью Q = 50 л/мин сливается
в бак, а масло от насоса с Q = 100 л/мин по проточкам 4 и 44
и каналу 10 поступает к крану 11. Направление потока масла ана-
логично описанному для первой ступени скорости.
Третья ступень скорости ползуна, соответствующая положе-
нию III рукоятки переключения, определяется значениями vp =
= 16н-24 м/мин и vx — 48 м/мин и характеризуется тем, что
в работе участвуют оба насоса. Циркуляция масла осуществляется
так же, как и при первой ступени скорости.
При положении рукоятки и золотника переключения, соот-
ветствующем IV ступени скорости перемещения ползуна, опреде-
ляемой значениями vp = 24 ч- 48 м/мин и vx = 48 м/мин, в работе
участвуют также оба насоса, но особенностью циркуляции яв-
ляется отсутствие слива масла в бак при рабочем ходе ползуна.
Масло, вытесняемое из штоковой полости 16 цилиндра ползуна,
по трубе 17, проточкам 18, 19, 20, 21, каналу 22 плиты, проточкам
23 и 24 поступает в проточку 26 панели управления, откуда через
проточки 8, 9 и канал 10 попадает в проточку 12 гидропа-
нели.
Движение подачи. Стол с закрепленной заготовкой получает
периодическую горизонтальную подачу в направлении, перпенди-
кулярном возвратно-поступательному движению ползуна, или
подачу вертикальную аналогичного характера. Перемещение стола
происходит в момент реверсирования движения ползуна с обрат-
436
кого хода на рабочий, т. е. на каждый его двойной ход, и осуще-
ствляется гидроприводом и коробкой подач (рис. XVII.6, а).
Гидропривод состоит из гидроцилиндра коробки подач й основ-
ных узлов, общих с гидроприводом главного движения. При
переключении ползуна на рабочий ход масло от насоса через гид-
ропанель и золотник подачи 45 (см. рис. XVII.5) поступает в гид-
роцилиндр 46 коробки и перемещает поршень. Рейка, соединенная
со штоком поршня (рис. XVII.6), вращает зубчатое колесо z = 24,
11=1,1кВт
Рис. XVI 1.6. Кинематическая схема станка 7Д37:
а — коробка подач с механизмом настройки перемещения стола на ши-
рину строгания; б — механизм вертикальной подачи суппорта
от которого через храповой механизм движение передается на
винт поперечной подачи (z = 72, 37, 37, 30, 36 или z = 72, 37, 36)
или на винт вертикальной подачи (z = 72, 37, 37, 36, z = 2,
z = 29 или z = 72, 36, z = 2, z = 29). Изменение направления
подачи осуществляется переключением зубчатых колес z = 36,
посаженных на шлицевых участках валов II и V, рукояткой 5
(см. рис. XVII.4). Величину подачи, получаемую в пределах
0,2—5 мм/дв. ход, регулируют изменением хода поршня гидро-
цилиндра и одновременным поворотом валика гидравлического
дросселя 47 (см. рис. XVII.5), дросселируя количество масла,
выходящее из штоковой полости цилиндра. Быстрые (установоч-
ные) перемещения в горизонтальном и вертикальном направле-
ниях столу сообщаются электродвигателем Мх. Станок имеет
437
механизм вертикальной подачи суппорта, осуществляющий пере-
мещение только вниз (рис. XVII.6, б), и механизм настройки стола
на необходимую ширину строгания (рис. XVII.6, а).
Для предохранения резца от истирания о поверхность обраба-
тываемой детали или поломки при обратном ходе ползуна осуще-
ствляется подъем резцедержателя с помощью электромагнита,
встроенного в суппорт.
§ 2. Долбежные станки
Гидрофицированный долбежный станок 7М430 (рис. XVII.7)
предназначен для обработки плоских и фасонных поверхностей,
шпоночных пазов, канавок, долбления с поднутрением до 109 и
выполнения других технологических операций в условиях еди-
ничного и мелкосерийного производства. На станке можно осу-
ществлять долбление наружных и внутренних поверхностей дета-
лей высотой 250—320 мм. Рабочие движения: возвратно-поступа-
тельное перемещение ползуна с долбежным резцом в вертикальном
направлении (главное движение) и перемещение круглого стола
с обрабатываемой деталью продольное, поперечное или круговое,
совершаемое периодически — за один двойной ход ползуна (дви-
жение подачи).
Главное движение осуществляется гидроприводом (рис. XVII. 8).
Привод сообщает ползуну четыре ступени скорости, соответствую-
щие четырем возможным положениям золотника переключения 7,
устанавливаемым рукояткой 4 (см. рис. XVII.7), а также обеспечи-
вает возможность плавного изменения скорости рабочего хода
ползуна в пределах каждой ступени посредством рукоятки 5,
действующей на дроссель 2 (рис. XVII.8) с регулятором 3. Масло
от двух лопастных насосов производительностью Q = 50 л/мин
и Q = 70 л/мин поступает в проточки золотника переключения 7.
При работе на первой ступени скорости перемещения ползуна,
равные 5—7,9 и И м/мии для рабочего и обратного хода соответ-
ственно, золотник занимает положение, при котором масло от на-
соса^ = 70 л/мин сливается в бак, а масло от насоса Q = 50 л/мин
поступает в систему. Вторая ступень скорости ползуна характери-
зуется ее значением, равным 7,9—11 м/мин при рабочем и 22 м/мин
при обратном ходе ползуна, и использованием для работы в си-
стеме масла от насоса Q = 70 л/мин. При третьей и четвертой сту-
пенях скорости, определяемых соответствующими положениями
золотника 7, масло в систему поступает от обоих насосов. Но
отсутствие слива масла при рабочем ходе ползуна отличает чет-
вертую ступень от третьей, второй и первой. Скорость рабочего
и обратного хода ползуна составляет: на третьей ступени 11 —
19,3 и 36 м/мин; на четвертой ступени 19,3—36 и 35 м/мин. Цир-
куляция масла в системе при всех четырех скоростях движения
ползуна аналогична, несмотря на отмеченную особенность чет-
вертой ступени, не изменяющую общей принципиальной схемы.
438
Масло, прошедшее золотник переключения 7, поступает по каналу
4 через кран 5 гидропанели Г31-16 и проточки 7 по трубе 8
в рабочую полость 9 гидроцилиндра, закрепленного на салазках
ползуна. Из штоковой полости 10 цилиндра ползуна масло вытес-
няется в бак по трубе 11, через напорный золотник 12, по трубе 13,
12	//	10	9	в
Рис. XVI 1.7. Гидрофицированный долбежный станок 7М430:
1 — станина верхняя; 2 — рукоятка пуска и остановки ползуна; 3 — ги-
дропанель; 4 — рукоятка для ступенчатого изменения скорости ползуна;
5 — рукоятка для бесступенчатого регулирования скорости ползуна;
6 — коробка подач; 7 — электродвигатель быстрых перемещений стола;
8 — маховичок для регулирования величины подачи; 9 — станина ниж-
няя; 10 — поперечные салазки; 11 — продольные салазки; 12 — коробка
передач; 13 — поворотный стол; 14 — резцовая головка; 15 — ползун
проточкам 14, 15, 16, 17 гидропанели, каналу 18 промежуточной
плиты, проточкам 19 и 20 стопового золотника 21, проточкам 22
и 23 панели управления Г32-16 и трубе 24, Ползун совершает ра-
бочий ход. Скорость рабочего хода ползуна в пределах ступени
изменяется дросселем 2 с регулятором 3, который для этого спу-
скает часть масла, подаваемого насосом. В конце рабочего хода
упор, закрепленный на станине и связанный с ползуном передачей,
состоящей из конических колес и круглой рейки, через систему
439
37 36
рычагов перемещает золотник управления 25 вправо. Перемещаясь,
золотник разъединяет проточки 16 и 17, притормаживая ползун,
а в конце хода «отсекает» проточку 26 от проточки 27 и соединяет
ее с давлением, подведенным к проточке 28. Из полости, ограни-
ченной правым торцом золотника 29 реверса, масло сливается
через дроссель 30 и проточки 31 и 32, а золотник 29 перемещается
слева направо. В правом наложении золотника проточка 14 со-
общается с проточкой 6, а проточка 7 соединяется с проточкой 33.
При этом масло поступает по проточкам 6, 14, трубе 13, проточкам
напорного золотника и трубе 11 в штоковую полость 10 цилиндра
ползуна и сливается из рабочей полости 9 по трубе 8, проточкам
7, 33, 34, 35 и через фильтр 36 и клапан 37. Осуществляется обрат-
ный ход ползуна, который прекращается при перемещении упором
золотника управления 25 влево.
Рис. XVI 1.9. Кинематическая схема станка 7М430
Движение подачи сообщается столу с обрабатываемой деталью
от гидропривода. В момент реверсирования движения ползуна
с обратного хода на рабочий масло по проточкам 38, 31 и трубе 39
(см. рис. XVI 1.8) поступает в полость 40 реверсивного золотника
подачи 41 и перемещает его в крайнее правое положение, при ко-
тором масло от насоса через демпфер 42, канал 43, проточки 44,
45, канал 46 поступит в рабочую полость 47 гидроцилиндра коробки
подач. При этом масло из штоковой полости 48 вытесняется и по
трубе 49, проточкам 50, 51 и трубе 52 сливается в бак. Происходит
перемещение поршня, совершаемое за один двойной ход ползуна.
При этом рейка 1, соединенная со штоком поршня (рис. XVII.9),
вращает зубчатое колесо z = 24, от которого через храповой ме-
ханизм получает вращение вал I. От него через реверсивный ме-
ханизм, состоящий из трех конических колес z = 26 с кулачковой
муфтой, и цилиндрические колеса z = 39 на валах II и Ill вра-
щение передается винтам 2 и 3 продольной и поперечной подач
стола и червячной паре (z = 1, z = 105), осуществляющей его
круговую подачу.

Таким образом, стол получает продольную, поперечную и кру-
говую подачи за один двойной ход ползуна. Величина подач на-
ходится в следующих пределах: продольная и поперечная —
0,2—2,4 мм/дв. ход, круговая — 0,1—1,3°/дв. ход. Быстрые (уста-
новочные) перемещения в тех же направлениях столу сообщаются
электродвигателем Mlt Требуемая длина долбления обеспечи-
вается специальным механизмом с кинематической цепью z =
= 44,44, z = 1, z = 50 (см. рис. XVII.9).
При обратном ходе ползуна резец отводится от поверхности
детали специальным механизмом.
§ 3. Протяжные станки
Горизонтально-протяжной станок 7Б55 (рис. XVII.10) предназ-
начен для обработки сквозных отверстий разнообразной геометри-
ческой формы и различных размеров в деталях из черных и цвет-
1 — основной (рабочий) гидроцилиндр’ 2 — электрошкаф; 3 — электродвигатель
главного гидропривода; 4 — гидробак; 5 — электродвигатель вспомогательного
гидропривода; 6 — основная станина; 7 — пульт управления; 8 — опорная плита;
9 — планшайба; 10 — поддерживающий ролик; 11 — вспомогательный патрон;
12 — вспомогательные салазки; 13 — вспомогательная (приставная) станина;
14 — вспомогательный гидроцилиндр; 15 — рабочий патрон; 16 — рабочие са-
лазки; 17 — ползун-шток; 18 — механизм регулирования хода ползуна
пых металлов и сплавов в условиях крупносерийного и массового
производства. При оснащении автоматизированными приспособ-
лениями для подачи и съема деталей станок может работать на
автоматическом цикле и встраиваться в автоматические линии.
Станок применяется также в мелкосерийном и единичном произ-
водстве! так как переналадка его несложна. Высокая точность
442
обработки, повышенная производительность вследствие увеличе-
ния скорости рабочего хода, уменьшения величины подвода и от-
вода протяжки, повышения виброустойчивости, а также техно-
логические возможности и другие эксплуатационные характери-
стики станка данной модели выгодно отличают его от предшествен-
ника — горизонтально-протяжного станка 7Б510. Станок 7Б55
обеспечивает точность обработки в пределах 2—3-го классов.
Шероховатость протянутых на станке поверхностей в зависимости
от условий резания соответствует 6—9-му классам чистоты.
Протяжка закрепляется в патроне, смонтированном на салаз-
ках, получающих горизонтальное перемещение по направляющим
станины. Салазки скреплены с ползуном, совершающим возвратно-
поступательное движение посредством цилиндра. Гидропривод
имеет аксиально-поршневой насос производительностью 200 л/мин.
Скорость резания, представляющая скорость рабочего хода
ползуна, совершаемого при подаче масла в штоковую полость ос-
новного цилиндра, регулируется бесступенчато в пределах 1,5—
11,5 м/мин. Скорость обратного (холостого) хода — 20—25 м/мин.
Помимо главного движения, станок располагает установочным
перемещением, автоматизирующим подвод и отвод протяжки. Это
осуществлено с помощью вспомогательных цилиндров, салазок,
патрона и поддерживающего ролика, смонтированных в пристав-
ной (вспомогательной) станине, примыкающей к передней части
станины (см. рис. XVII.10), в которой размещены основной (ра-
бочий) гидроцилиндр, рабочие салазки и патрон, а также ролик,
поддерживающий протяжку после осуществления процесса протя-
гивания и при обратном ходе.
Масло во вспомогательный гидроцилиндр, шток которого пере-
мещает салазки с патроном и ролик в приставной станине, посту-
пает от самостоятельного вспомогательного лопастного насоса
производительностью 25 л/мин.
Гидросистема обеспечивает три цикла работы станка: 1) пол-
ный цикл: пуск — подвод протяжки — настроенный рабочий
ход — замедленный рабочий ход — стоп — пуск — настроенный
обратный ход — замедленный обратный ход — отвод протяжки —
стоп; 2) простой цикл: пуск — настроенный рабочий ход — замед-
ленный рабочий ход — стоп — пуск — настроенный обратный
ход — замедленный обратный ход — стоп; 3) наладочный режим:
подвод протяжки — стоп; отвод протяжки — стоп; рабочий ход —
стоп; обратный ход — стоп. Работа на полном цикле осущест-
вляется при использовании длинных протяжек (1200—1300 мм)
с задним хвостовиком. Протяжка устанавливается этим хвостови-
ком во вспомогательный патрон, получающий движение от штока
вспомогательного цилиндра, и перемещается, поддерживаемая
роликом, к рабочему патрону. Последний захватывает передний
хвостовик протяжки, перемещает ее вместе со вспомогательным
патроном до момента его раскрытия от копира, осуществляет
рабочий и обратный ход2 после которого вспомогательный патрон
443
захватывает задний хвостовик протяжки и отводит ее в исходное
^положение.
Простой цикл применяется при использовании коротких
круглых и шпоночных протяжек. В этом случае инструмент уста-
навливается вручную, движение сообщается только рабочим са-
лазкам с патроном, а перемещение вспомогательных салазок не
происходит.
Рис. XVI 1.11. Вертикально-про-
тяжной станок 766 для внутрен-
него протягивания:
1 — рабочая площадка; 2 — тумба;
3 — стол; 4 — планшайба для установ-
ки детали; 5 — вспомогательная карет-
ка; 6 — рабочий ползун с патроном для
крепления протяжки; 7 — шток рабо-
чего гидроцилиндра, перемещающий
ползун; 8 — станина; 9 — гидропульт;
10 — электрошкаф; 11 — пульт управ-
ления; 12 — насосная установка
Рис. XVII.12. Вертикально-протяж-
ной станок 775 для наружного про-
тягивания:
1 — тумба; 2 — пульт управления;
3 — рабочая площадка; 4 — стол; 5 — ра-
бочий ползун; 6 — шток рабочего гидро-
цилиндра; 7 — станина; 8 — гидропульт;
9 — электрошкаф; 10 — насосная уста-
новка
Наладочный режим используется при настройке станка. Де-
тали небольших размеров надевают на направляющую часть ин-
струмента, и при протягивании они опираются торцом на план-
шайбу, закрепленную на опорной плите станка. Крупногабаритные
детали устанавливают в приспособление, которое крепится к план-
шайбе или плите.
Вертикально-протяжной станок 766 (рис. XVII.И) предназна-
чен для протягивания внутренний поверхностей различного про-
филя. Станок позволяет осуществлять производительное протяги-
444
вание при точности обработки в пределах 2—3-го классов и шеро-
ховатости обработанной поверхности, соответствующей 6—8-му
классам чистоты. Станок применяется в серийном производстве.
При оснащении соответствующими приспособлениями для подачи
и съема обрабатываемых деталей станок может работать на авто-
матическом цикле, в автоматических линиях. Привод станка —
гидравлический, регулирование скорости рабочего (1,5-1-8,5 м/мин)
и обратного ходов — бесступенчатое.
Вертикально-протяжной станок 775 (рис. XVII.12) предназна-
чен для обработки наружных поверхностей различной геометри-
ческой формы с прямолинейными образующими в серийном про-
изводстве. Станок отличается высокой производительностью при
точности обработки в пределах 2—3-го классов и шероховатости
протянутой поверхности, соответствующей 6—8-му классам чи-
стоты. Электросхема станка обеспечивает возможность присоеди-
нения автоматизированных приспособлений для подачи и съема
деталей. Станок может быть встроен в автоматическую линию.
Привод станка — гидравлический. Регулирование скорости ра-
бочего (1,5—9 м/мин) и обратного ходов — бесступенчатое. Гид
росхема обеспечивает работу станка на трех циклах: 1) полуцикл:
подвод стола — рабочий ход — стоп; отвод стола — обратный
ход — стоп; 2) полный цикл: подвод стола — рабочий ход —
отвод стола — обратный ход — стоп; 3) непрерывный цикл: под-
вод стола — рабочий ход — отвод стола — обратный ход — под-
вод стола и т. д.
Глава XVIII
Резьбообрабатывающие станки
Резьбовые соединения в машиностроении применяют для креп-
ления деталей различных конструкций, а также для преобразова-
ния вращательного движения в поступательное. Для нарезания
резьб применяют много методов, используя различные станки и
резьбонарезной инструмент *. Нарезание резьбы производят на
универсальных токарно-винторезных станках, токарно-револьвер-
ных станках, токарных автоматах и полуавтоматах, на сверлиль-
ных и расточных станках, на специальных гайконарезных и болто-
нарезных станках, на резьбофрезерных станках, а также шлифуют
и накатывают. Каждый метод имеет свои достоинства и недостатки
и применяется при нарезании определенных резьб с учетом ее
размеров, точности и чистоты поверхности, формы и размеров за-
готовки, на которой следует нарезать резьбу, материала заготовки,
серийности производства и других условий.
Нарезание резьб резцами на токарно-винторезных станках
характеризуется высокой точностью (до 1-го класса), но малой
производительностью. При обработке резцами можно получить
треугольную, трапецеидальную или прямоугольную резьбу. Про-
филь резьбы соответствует профилю режущих кромок резца.
Нарезание резьбы многолезвийным инструментом является бо-
лее производительным по сравнению с нарезанием резьбы рез-
цами. Но многолезвийные инструменты более сложны по конст-
рукции, дороги в изготовлении, а в некоторых случаях применимы
только на специальных станках.
На токарно-револьверных станках внутреннюю резьбу наре-
зают при помощи метчиков, а наружную — при помощи плашек,
гребенок и резьбонарезных головок.
Резьбофрезерование занимает одно из ведущих мест в совре-
менной машиностроительной промышленности. В ряде случаев
резьбофрезерование является наиболее производительным и эко-
номичным способом получения резьбы 2 и 3-го классов точности
* Методы нарезания резьб и применяемые инструменты рассмотрены
в гл. IX.
446
в условиях серийного и массового производства. Во многих слу-
чаях детали с фрезерованной резьбой применяют без дополнитель-
ной обработки, и только ответственные детали, например ходовые
винты станков, после фрезерования подвергают чистовой обработ-
ке. Фрезерование резьбы применяют при обработке длинных хо-
довых винтов и коротких крепежных резьб. Фрезерованием могут
быть получены наружные и внутренние резьбы любого профиля,
за исключением квадратного, так как для получения винтовой
канавки резьбы требуется, чтобы боковая поверхность профиля
составляла угол 3—5° с прямой, перпендикулярной к оси винта.
Фрезерование такой резьбы ведут на специальных резьбофрезер-
ных станках.
§ 1. Резьбофрезерные станки
Резьбофрезерные станки подразделяют на станки для нареза-
ния коротких и длинных резьб. В условиях мелкосерийного произ-
водства на последних нарезают также и короткие резьбы. Корот-
кие резьбы фрезеруют гребенчатыми фрезами, а длинные резьбы —
дисковыми фрезами или резцовыми головками.
Для нарезания резьб в крупных деталях применяют резьбофре-
зерные станки с планетарным движением инструмента.
Резьбофрезерный полуавтомат 5К63 (рис. XVII 1.1) предназна-
чен для фрезерования коротких наружных и внутренних резьб
групповой (гребенчатой) фрезой на заготовках, устанавливаемых
в центрах и зажимаемых в патроне или в цанге. Станок работает
по полуавтоматическому циклу. Наибольший диаметр фрезеруемой
резьбы: наружный 100 мм, внутренний 80 мм, наибольшая длина
фрезеруемой резьбы 75 мм, наибольший шаг фрезеруемой резьбы
при ее длине до 50 мм — 6 мм, а при длине до 75 мм — 3 мм. Наи-
меньший и наибольший диаметры фрезы (при фрезеровании наруж-
ной резьбы) 80—115 мм.
Кинематическая схема станка приведена на рис. XVIII.2. За-
готовку закрепляют в передней бабке и сообщают медленное враще-
ние. Это движение называется круговой подачей. Фрезу закреп-
ляют на шпинделе бабки и сообщают ей вращение (главное движе-
ние) и осевое перемещение относительно заготовки (подача на шаг).
Для получения резьбы необходимой глубины бабке вместе с фрезой
сообщают поперечную подачу (движение врезания). Схема движе-
ний фрезы и заготовки приведена на рис. XVIII.3.
Главное движение. Фреза 1 (см. рис. XVIII.2) получает враще-
ние от электродвигателя Мг через червячную передачу 4—34,
сменные а и Ь' и цилиндрические 24—24 колеса.
Уравнение кинематического баланса
л / Г) гч 4 О, 24
Пф = 1420 • 34 • £7 • 24,
откуда
а' _ Пф
Ь' “ 167’
447
4
Рис. XVIII. 1. Резьбофрезерный станок 5К63:
1 — передняя бабка; 2 — шпиндель заготовки; з — фрезерная головка;
4 — гребенчатая фреза; 5 — задняя бабка
N=1kBt
пЧ420 об/мин
Z=36
z=81 z=/
JLz=/Z
T z=5/7
Гитара
подач
С*-»
Z=Z5
мЫх! Д “5,
IT Z=28
Z=30-
1=25
N=1kBt
n-^420об/мин £
z-25---------
Z=78
z=26
z-75
z=54\
Z=49
3 5
Z=24 z=34
X
N=1/7kBt
п=/42Ооб/мин
z=4
Z=30 Z>24 z=19
I:


2/

Рис. XVI11.2, Кинематическая схема станка 5K63
448
При подборе зубчатых колес должно быть выдержано условие
а! + Ъ' = 104.
Частота вращения фрезы пф определяется по формуле
_ 10001>ф
Пф—
где Рф — скорость резания в м/мин; Оф — диаметр фрезы в мм.
К станку прилагается четыре пары сменных зубчатых колес,
обеспечивающих восемь частот вращения фрезы в пределах 75—
375 об/мин.	—
Круговая подача осуще-
ствляется от электродви-
гателя М2 через зубчатые
передачи 24—81, а — Ь,
с — d, червячную переда-
чу 1—50, дифференциал,
колеса 30—24, червячную
передачу 2—49 и на шпин-
дель 2. Настройка цепи
круговой подачи осуществ-
ляется сменными колесами
а — Ъ, с — d, передаточ-
ное отношение которых
определяется из уравнения
sK = 1420 • 81 • у 7 х
х1{- §2 2 d
х 50 д24 49 Л р’
откуда
5к = Мф^ф мм/мин,
(XVIII.1)
где 1Д = 2 — передаточное
отношение дифференциа-
Рис. XVII 1.3. Схема движений фрезы
и заготовки:
а — при нарезании наружной резьбы; б — при
нарезании внутренней резьбы; 1 — подвод фрезы;
2 — врезание фрезы; 3 — рабочий ход; 4 — отвод
фрезы; 5 — быстрый холостой ход; 6 — исходное
положение
ла; dp — наружный диа-
метр фрезеруемой резьбы в мм; sz — подача на зуб фрезы
в мм/зуб; z — число зубьев фрезы.
Величина sz выбирается по нормативам режимов резания.
Зная величину круговой подачи и параметры нарезаемой резьбы,
можно записать
__	__ ^р^з
н ' cos р 3 sin р ’
(XVIII.2)
где tp — шаг нарезаемой резьбы в мм; (3 — угол подъема витков
резьбы в градусах.
15 п/р. Петрухи
449
Тогда частота вращения заготовки определяется по формуле
п3 = s^srnjj = SKWsinp об/мин> (XVI1I.3)
‘р	tp
Осевое перемещение фрезы (подача на шаг) осуществляется
при помощи барабана 3 со сменными кулачками (см. рис. XVIII.2).
Кулачок через ролик перемещает тягу, связанную с фрезерной
бабкой. Положение бабки относительно тяги-рейки может регу-
лироваться рукояткой 4. После регулирования бабка жестко сое-
диняется с тягой.
Настройка цепи подачи состоит в определении характеристики
и установке кулачка в соответствии с шагом нарезаемой резьбы.
Угол поворота кулачка, соответствующий его подъему Т мм
принят для всех кулачков равным 0 = 110°.
Уравнение кинематической цепи подачи:
,	,	57 25 26 360° т
_ 1 об. заг. • 38 • 78 • 75 • 11()0 Т мм,
откуда
Г = — мм.
о р
По найденному Т подбирают кулачок и устанавливают его
на барабане 5.
Врезание фрезы (поперечная подача) осуществляется бараба-
ном 5, который вращается синхронно с барабаном 5. В исходное
положение фреза устанавливается рукояткой 6.
При пуске станка включаются электродвигатели Мг и М3.
От электродвигателя М3 заготовка и барабаны 3 и 5 получают уско-
ренный (холостой) ход. За один оборот заготовки барабаны пово-
рачиваются на х/б оборота. При этом фрезерная головка получает
ускоренное перемещение в продольном,и поперечном направле-
ниях. После быстрого подвода фрезерной головки электродвига-
тель М3 автоматически выключается и включается электродвига-
тель М2 рабочей подачи. В это время осуществляется врезание
фрезы на глубину резьбы, фрезерование резьбы и вывод фрезы из
контакта с обрабатываемой заготовкой (см. рис. XVII 1.3). После
окончания обработки электродвигатели MY и М2 автоматически
выключаются, снова включается электродвигатель Л/3, фрезерная
головка быстро возвращается в исходное положение и двигатель
М3 выключается.
Управление станком осуществляется распределительным ди-
ском 7 (рис. XVIII.2) посредством кулачков, системы упоров и
электрических переключателей. За время полного цикла кулачки
3 и 5 совершают по одному обороту, а заготовка поворачивается
на 1,3—1,4 оборота.
Универсальный резьбофрезерный станок 561 (рис. XVIII.4)
предназначен для фрезерования длинных наружных резьб с нор-
450
мальным и увеличенным шагом дисковыми фрезами, а также для
фрезерования коротких внутренних и наружных резьб гребенчатой
фрезой. Особенностью этого станка является то, что на нем можно
фрезеровать шлицевые валы, а также нарезать червячными фре-
зами прямозубые цилиндрические колеса. Однако фрезерование на
этом станке коротких резьб гребенчатыми фрезами нерационально
из-за ручного подвода, врезания и отвода фрезы.
Кинематическая схема станка приведена на рис. XVIII.5.
Заготовку устанавливают в центрах передней и задней бабок и
приводят во вращение поводковым патроном. Фрезу крепят на
Рис. XVIII.4. Резьбофрезерный станок 561:
1 и 2 —- рукоятки управления коробцой подач; з — рукоятка управления
станком на ходу; 4 — передняя бабка; 5 — поводковый патрон; 6 — суппорт
фрезы; 7 — фрезерная головка; 8 — задняя бабка; 9 — коробка скоростей;
10 — маховик поперечного перемещения фрезерной головки
шпинделе фрезерной головки, которая может поворачиваться в
вертикальной плоскости (до 90°) для установки фрезы под нужным
углом по отношению к оси заготовки.
Вращение фрезы осуществляется от электродвигателя М через
ременную передачу, зубчатые передачи 23—49 или 29—43, 23—49
или 36—36, винтовые колеса 12—36, коническую пару 30—30,
цилиндрическую передачу 24.-91—24. По данной кинематической
цепи фреза получает четыре скорости вращения. Кроме того,
фреза может получить еще одну скорость при непосредственном
соединении кулачковых муфт соосных валов. Всего фреза получает
пять частот вращения в пределах 55—250 об/мин.
Коробка подач получает движение от цепи главного движения
через реверсивный механизм 45—54, сменные колеса а — Ъ,
с — d, цепную передачу со звездочками z = 18. Коробка подач
при помощи пяти передвижных блоков зубчатых колес сообщает
выходному валу 32 скорости. От последнего через конические ко-
16*	451
леса 28—28, червячную передачу 3—36 движение передается на
распределительный механизм, который изменяет скорость и на-
правление движения каретки фрезы. Муфта 1 предназначена для
сообщения валу малой скорости от червячного колеса z = 36
или большой скорости от колеса z — 32. Муфта 2 посажена на
скользящей шпонке на гильзе четырехзаходного червяка и служит
для сообщения последнему медленного вращения от червячного
колеса z = 36 или быстрого вращения от колеса z = 32.
Рис. XVIII.5. Кинематическая схема станка 561
Фрезерование резьбы нормального ша-
г а. При рабочем ходе муфта 3 соединяется с зубчатым колесом
z — 36, муфта 2 — с червячным колесом z = 36, а муфта 1 на-
ходится в среднем положении. Шпиндель заготовки получает
медленное вращение, а необходимое передаточное отношение ко-
робки подач определяется из уравнения кинематической цепи от
фрезы к заготовке.
За 1 мин шпиндель фрезы делает Пф оборотов, а шпиндель за-
готовки п3 оборотов:
__ 24 30 36 45.18. 28 3^ А —
“ 24 ‘ 30 ’ 12 ’ 541°181а 28'36 ‘ 40 “ ”3,
452
При нарезании резьбы передаточное отношение гитары обкатки
ie = l= — f тогда передаточное отношение коробки подач будет
in = 48-^.	(XVIII.4)
Из формулы (XVII 1.2) можно записать
__ sK cos fl
3 Лб/3 *
Для резьб с небольшим шагом угол р обычно не превышает
5°, a cos Р близок к единице. В этих случаях можно принимать
°	S w
с достаточной для практики точностью п3 = -^~.
Подставляя в формулу (XVIIL4) вместо п3 последнее выраже-
ние, получим
г‘п = 48-^-.	(XVIII.
ЭТазМф
Подставив вместо $к его значение из формулы (XVIII.1), полу-
чим
‘" = 48i-	(XVIII.e)
Для обеспечения требуемого шага нарезаемой резьбы tp необ-
ходимо подобрать сменные колеса гитары настройки резьбы.
Передаточное отношение гитары определяется из уравнения
1~^-£-12,7=гр,
об 01 б/i	р
откуда
___ 01 Ci _ tp
lp~b["di~ 3-12,7 •
(XVIII.7)
При фрезеровании резьбы большого шага
муфта 1 включается в червячное колесо z = 36, муфта 2 находится
в нейтральном положении, а муфта 3 включена. Гитара резьбы
настраивается при этом также по формуле (XVIII.7).
Передаточное отношение коробки подач находится из уравне-
ния
24 30 36 45 47 18 .	28 _3 10 d± b± 36 =
”♦ ’ 24 ’ 30 ’ 12 ’ 54 ‘ 47 ’ 18 1п ' 28 ’ 36 ’ 25 ’ С1 ’ аг' ' Г08 ”3’
ирн
„  5к sm р	01 01  /р
3h	bi ’ di	3 • 12,7
получим
•   $к sin р szz$ sin Р	ZVVTTT Q\
г“ ~ 1,06пф	1,06 •	(XVIII.8)
Фрезерование методом обкатки. При этом
методе муфта 2 включена в зубчатое колесо z = 32, муфта 1 вклю-
чена в червячное колесо z = 36, а муфта 3 выключена. Передаточ-
ное отношение гитары обкатки подбирается таким образом,
453
чтобы за один оборот фрезы (однозаходной) шпиндель заготовки
повернулся на у оборота, где z — число шлицев фрезеруемого
вала или число зубьев нарезаемого колеса.
Уравнение кинематической цепи имеет вид
424303645_a^3J4:__2.
1 ’ 24 * 30 ‘ 12 * 54 ‘ Ь ‘ d ' 32 ’ 40 “* z ’
откуда
.	___4
1°~ ь ‘ И ~ Т'
Передаточное отношение /п коробки подач рассчитывается
так, чтобы за один оборот заготовки фреза переместилась на вели-
чину выбранной подачи $0:
, 40 32 18 .	28 3 10	7
1 ’ 4 ’ 32 ’ 18 ’ 1п ’ 28 ’ 36 ‘ 25 ’ 12,7 ~ S° мм/об>
откуда
п 12,7 *
Продольное фрезерование. При фрезеровании
продольных канавок на невращающейся заготовке муфта 3 вык-
лючена, муфта 2 выключена, муфта 1 включена в червячное колесо
z = 36, вследствие чего шпиндель заготовки не получает враще-
ния. Положение его фиксируется стопорной шпилькой.
Передаточное отношение коробки подач
i — -
п 1,06иф ’
так как |3 = 90°, sin р — 1.
Управление станком осуществляется рукоятками 4 и 5, упо-
рами 13 и маховичком 14 (рис. XVIII.5). В ступице рукоятки 5
имеется четыре отверстия, в которые может входить штифт 6,
закрепленный в свободно посаженном зубчатом колесе 7, сцеплен-
ном с рейкой 8. На валу 9 заклинены три барабана для переклю-
чения муфт 7, 2, 3. В зависимости от рода выполняемой работы
(фрезерование резьбы с нормальным шагом, фрезерование винто-
вых канавок с большим шагом, продольное фрезерование канавок,
параллельных оси, фрезерование по методу обкатки) рукоятку 5
оттягивают на себя и поворачивают в одно из четырех возможных
для нее положений (указанных надписями на ее ступице).
Управление станком в процессе работы производится рукоят-
кой 4, смонтированной в каретке фрезы и перемещающейся вместе
с ней. Рукоятка 4 через винтовые колеса поворачивает вал, иду-
щий вдоль всей станины. На левом конце вала заклинено реечное
зубчатое колесо 70, перемещающее рейку 8 и поворачивающее
этим колесо 7 и рукоятку 5 при помощи штифта 6, Рукоятка 4
имеет четыре положения: рабочий ход, стоп, обратный быстрый
ход и быстрый ход вперед.
454
На правом конце вала заклинен кулачок 77, снабженный тремя
выступами, которые, нажимая на пусковую кнопку 72, включают
электродвигатель, когда ролик кнопки попадает во впадину кулач-
ка 77, электродвигатель останавливается. Рукоятка 4 может управ-
ляться и действием переставных упоров 73.
§ 2.	Резьбонакатные станки
Накатывание резьбы — это один из широко распространенных
методов, применяемых в современном машиностроении. Низкая
стоимость изготовления накатанной резьбы при высокой ее механи-
ческой и усталостной прочности выгодно отличает накатывание
от других методов изготовления резьбы. Накатывание резьбы ос-
новано на использовании пластических свойств металла заготовки
и заключается в одновременном или последовательном перенесе-
нии профиля накатного инструмента на деталь. В качестве накат-
ного инструмента применяют ролики или плашки (см. гл. IX).
Схема накатывания резьбы роликами на резьбонакатных
станках приведена на рис. XVIII.6. Обрабатываемую заготовку 1
устанавливают на подпорку 2 между двумя принудительно вра-
щающимися накатными роликами 3 и 4. При обработке заготовка
прижимается к осевому упору 5. Подвижный ролик 4 быстро под-
водится к заготовке и прижимает ее к неподвижному ролику 3.
Резьба роликов вдавливается в заготовку и оставляет на ней
негативный отпечаток, т. е. происходит пластическое деформирова-
ние наружного слоя заготовки. В крайнем левом положении ролик
4 выдерживается в течение небольшого промежутка времени (для
укатывания резьбы), после чего быстро отводится. В это время
готовая деталь заменяется новой заготовкой и цикл повто-
ряется.
Накатывание резьбы роликами производят на станках 5А932,
5А933, 5А935, 5936 и др.
На рис. XVIII.7 представлена принципиальная гидрокинема-
тическая схема резьбонакатного станка роликами. Шпиндели ро-
ликов 1 и 2 приводятся во вращение от электродвигателя М. Ро-
лик 2 установлен на ползуне 3, соединенном со штоком гидроци-
линдра 4, На правом конце штока навернута гайка 5, являющаяся
регулируемым упором, определяющим диаметр накатываемой
резьбы. Муфта 6 служит для установки относительного положения
роликов при наладке станка. При подаче масла от насоса 7 через
гидропанель 8 в правую полость цилиндра 4 осуществляется рабо-
чий ход ползуна 3. Из левой полости цилиндра масло сливается
в резервуар. После накатки резьбы ползун 3 быстро отходит
вправо. При этом упор 9 нажимает на стержень пилота 10 и снова
начинается рабочий ход.
Скорость накатывания резьбы роликами колеблется в пределах
25—120 м/мин. Накатывание резьбы роликахми обеспечивает полу-
чение резьбы 1 и 2-го классов точности.
455
Двумя роликами при накатывании резьбы 2-го класса на сталь-
ных заготовках можно накатать от 30 000 до 120 000 шт. Произ-
водительность станка зависит от шага, длины резьбы и вязкости
материала и колеблется в пределах 80—500 деталей в час. Роли-
__________________ками можно накатывать резьбу на
Рис. XVIII.6. Схема нака-
тывания резьбы роликами
Рис. XVIII.7. Принципиальная гидро-
кинематическая схема резьбонакатного
станка
Накатывание резьбы плоскими плашками, одна из которых не-
подвижна, а другая подвижна (см. рис. IX.20, а), осуществляют на
резьбонакатных станках типа 5962. Плашками можно накатывать
резьбу по 2—3-му классам точности. Одна пара плашек может
обрабатывать 20 000—30 000 деталей из стали средней твердости.
Шероховатость накатанной поверхности у 7 — у 8.
В массовом и крупносерийном производстве, помимо накатыва-
ния резьбы на болтах, винтах и шпильках, ее также изготовляют
нарезанием резьбонарезными головками на специальных резьбона-
резных станках, как, например, полуавтоматах 5ДО7, 5991, 5992,
5993 и др.
§ 3.	Гайконарезные станки
Нарезание резьбы в гайках в массовом и крупносерийном
производстве осуществляют на гайконарезных автоматах и полу-
автоматах типа 2061, 2062, 2063, 2054, 2056 и др. машинными мет-
чиками с прямыми или изогнутыми хвостовиками
На рис. XVIII.8 показана упрощенная схема двухшпиндель-
ного гайконарезного автомата, работающего метчиками с изогну-
456
тым хвостовиком. Метчик 1 свободно вставляется в специальную
головку 2, навернутую на шпиндель 3 станка. Заготовки подаются
из бункера 4 и прижимаются к
лем 5. Толкатель получает пе-
ремещения от эксцентрика 6.
Направляющие удерживают
гайку от вращения. При наре-
зании резьбы гайка перемещает-
ся по метчику, сходит на его
изогнутый хвостовик и сбрасы-
вается во время вращения го-
ловки.
§ 4.	Резьбошлифовальные
станки
Резьбошлифовальные станки
применяются для чистовой об-
работки резьб повышенной точ-
ности, предварительно нарезан-
ных на других станках.
Шлифование резьбы без
предварительной обработки мо-
вращающемуся метчику толкате-
Рис. XVIII.8. Упрощенная схема
гайконарезного автомата
жет применяться лишь при шаге
не более 2 мм. Резьбошлифованием можно обрабатывать резьбу
на деталях из труднообрабатываемых сплавов и термически об-
работанных сталей, имеющих твердость свыше HRC 38—40.
Резьбошлифовальные станки используются главным образом
для шлифования резьб на метчиках, резьбовых калибрах (пробках
и кольцах), точных винтах (микрометрических и ходовых), резьбо-
вых фрез, червяков и др.
В качестве режущего инструмента на резьбошлифовальных
станках применяются шлифовальные круги. Шлифовальный круг,
имеющий в сечении профиль резьбы, устанавливается соответ-
ственно углу подъема нитки резьбы и получает быстрое вращатель-
ное движение, а деталь получает медленное вращение и поступа-
тельное движение вдоль своей оси, строго согласованное с враща-
тельным движением. На современных резьбошлифовальных стан-
ках резьбы можно шлифовать однониточными (рис. XVIII.9, а)
и многониточными шлифовальными кругами. Последние могут
иметь винтовые (рис. XVIII.9, б) или кольцевые (рис. XVIII.9, в)
нитки.
Способ шлифования однониточным кругом обеспечивает весьма
высокую точность резьбы. Шлифование многониточными кругами
обеспечивает более высокую производительность, но меньшую
точность по сравнению с однониточными и применяется при точ-
ности шлифуемой резьбы не выше 2-го класса или в качестве пред-
варительной операции.
457
Применение способа шлифования многониточным кругом с вин-
товыми канавками ограничивается тем, что частоты вращения
круга и заготовки должны быть одинаковыми. Это условие тре-
бует, чтобы в станке была осуществлена жесткая кинематическая
связь между шпинделем шлифовального круга и шпинделем за-
готовки.
При обработке резьбы многониточными коническими кругами
(рис. XVIIL9, г) точность по сравнению с обработкой многониточ-
ными цилиндрическими кругами повышается на 15—20%.
Большая точность резьбы достигается обработкой кругом,
состоящим из двух частей: 'мягкого — для снятия основного ме-
талла и твердого — для калибрования.
Наибольшее распространение в промышленности получили
резьбошлифовальные станки, работающие однониточными кру-
Рис. XVIII.9. Схемы резьбошлифования:
а — однониточным кругом; б — многониточным винтовым; в — многониточным кольце-
вым; г — многониточным коническим кругом
гами, и станки, работающие многониточными кругами с кольце-
выми канавками. Из резьбошлифовальных станков, выпускаемых
отечественной промышленностью, получили широкое применение
универсальные резьбошлифовальные станки ММ-582, 5822, 5822М,
5К823В и др. Из зарубежных станков в нашей машиностроитель-
ной промышленности находят применение резьбошлифовальные
станки фирмы «Эксцелло» и «Линднер».
Универсальный резьбошлифовальный станок 5822. Станок пред-
назначен для шлифования резьбовых калибров, метчиков, мелко-
модульных червячных фрез, резьбовых фрез, резьбонакатных ро-
ликов, точных винтов и червяков и др. однониточными и многони-
точными шлифовальными кругами. На станке можно также заты-
ловать инструмент. Станок обеспечивает получение резьбы 1 и
2-го классов точности.
Кинематическая схема станка 5822 приведена на рис. XVIII.10.
На этом станке резьбы можно шлифовать тремя методами: 1) одно-
ниточным и многониточным шлифовальными кругами в одну
сторону с автоматическим остановом стола в конце хода и быстрым
обратным перемещением его; 2) однониточным и многониточным
шлифовальными кругами в обе стороны, за один проход или за
несколько проходов; 3) многониточным шлифовальным кругом
458
N ifкВт
Рис. XVI11.10. Кинематическая схема резьбошлифовального станка 5822
способом врезания (для резьб длиной не более 36 мм при ширине
круга 40 мм).
Шлифовальный круг 1 устанавливается на шпинделе бабки 2
и получает вращение от двухскоростного электродвигателя М\
через ременную передачу со сменными шкивами dx и с?2. Обрабаты-
ваемая заготовка крепится в центрах передней бабки 3 и задней
бабки 4, установленных на столе 5. Заготовка получает вращение
от электродвигателя М2 через ременную передачу со сменными
шкивами d3 и d4 и червячную передачу 2—36. Требуемая частота
вращения заготовки обеспечивается сменными шкивами. Продоль-
ное перемещение стола 5 с заготовкой осуществляется от ходового
винта с шагом tx = 1/б". Настройка на шаг шлифуемой резьбы £р
производится сменными колесами а — b, с — d гитары круговых
подач, передаточное отношение которых определяется по фор-
муле
1к~ ь ' d ~ °	’
где С — постоянная кинематической цепи.
При шлифовании резьбы с шагом, не превышающим 8 мм, вво-
дятся в зацепление зубчатые колеса 60—60 ^(7 = “= lj.
Для шлифования резьбы с шагом больше 8 мм и для быстрого
обратного хода стола используется звено четырехкратного увели-
96
чения шага. Тогда C —	= Для обеспечения возможности
шлифования резьбы в обоих направлениях на шпинделе заготовки
имеется механизм 6 компенсации мертвых ходов. Для компенсации
накопленной ошибки шага шлифуемой резьбы или ходового винта
или, когда при помощи сменных зубчатых колес нельзя точно по-
добрать требуемое передаточное отношение, станок снабжен меха-
низмом коррекции с коррекционной линейкой 7. Этот механизм
позволяет изменять шаг шлифуемой резьбы в пределах ±0,2%.
Принцип действия механизма коррекции основан на применении
дифференциальной гайки 8. На наружной поверхности гайки наре-
зана правая двухзаходная резьба с шагом £ = 2x4 мм, которой
она ввернута в корпус 9, связанный со станиной. Внутренней
резьбой с шагом tB = 1/6" гайка навернута на ходовой винт. С кор-
пусом гайки связан рычаг 70, второй конец которого под дейст-
вием пружины (на схеме не показана) прижимается к копирной
линейке. При перемещении гайки вдоль винта рычаг 70, скользя
по копирной линейке, будет поворачивать гайку и тем самым вно-
сить необходимую коррекцию в шаг шлифуемой резьбы. Для уста-
новки требуемой коррекции линейку поворачивают на определен-
ный угол по лимбу коррекции.
Станок 5822 позволяет производить затылование зубьев метчи-
ков, мелкомодульных червячных фрез и резьбовых фрез с пря-
мыми и винтовыми канавками. При затыловании инструментов
с прямыми канавками настраивается только гитара затылования
460
г — к, а. при затыловании инструментов с винтовыми канавками
настраиваются гитара затылования и гитара дифференциала
Поперечное перемещение бабки 2 шлифовального круга при
затыловании или при врезном шлифовании осуществляется смен-
ным кулачком 11.
Кинематическая цепь при затыловании инструмента с пря-
мыми канавками:
л	36 28 . е / 20 35 26
1 об- шп. • у •	7 • т • 20 • 35 • Гб = 2об‘ кУлачка>
1
где гд =у — передаточное отношение дифференциала^ — число
канавок на инструменте;
откуда
.	_ е __ z
г3ат--у - у.
При затыловании инструмента с винтовыми канавками кулачку
сообщается еще дополнительное вращение, для чего настраивается
гитара дифференциала. За один оборот заготовки кулачок должен
совершить^2. оборотов, где Т — шаг винтовой канавки в мм.
Уравнение кинематической цепи:
Л 60 .	2. '	• 20 35 26	_z£p
1 • 60 гг-диф 36 /диф гзат 20 * 35 ’ 26	Т ’
откуда
___________________________ ах q __ 208?р
«г.диф —— -у—.
Медленное ручное перемещение бабки шлифовального круга
осуществляется маховиком 12, на котором имеется лимб для точ-
ного отсчета перемещений (одно деление — 0,005 мм). Быстрый
отвод и подвод круга производятся поворотом рукоятки 14. Точ-
ная микронная подача шлифовальной бабки производится руко-
яткой 13. При повороте на одно деление шлифовальная бабка полу-
чает подачу 0,0025 мм. При шлифовании конических резьб в пазу
стола укрепляют сменную копирную линейку 15. При продольном
перемещении стола линейка нажимает на ролик и через рычажную
систему перемещает бабку шлифовального круга в поперечном
направлении. Шлифовальный круг с ниткой шлифуемой резьбы
совмещают посредством винта 16.
Станок снабжен механизмами для правки шлифовального круга
(алмазами) и компенсации износа круга.
Глава XIX
Зубообрабатывающие станки
Область применения зубчатых передач весьма разнообразна
и обширна. Зубчатые колеса применяются различных размеров.—
диаметром от нескольких миллиметров в приборах и до 10 м в пе-
редачах тяжелых машин. В отличие от большинства других дета-
лей машин и механизмов зубчатые колеса характеризуются слож-
ностью геометрической формы и наличием ряда взаимосвязанных
размерных параметров, которые должны быть выполнены с высокой
степенью точности. Процесс зубонарезания является весьма слож-
ным, трудоемким и ответственным технологическим процессом.
Зубья на заготовках зубчатых колес можно получить либо
путем снятия стружки (процесс резания), либо без снятия стружки,
путем пластического деформирования заготовок (накатывание).
Нарезание зубчатых колес осуществляют двумя методами: копи-
рования и обкатки (огибания) *.
При нарезании зубчатых колес по методу копирования в еди-
ничном производстве применяют универсально-фрезерные станки.
В условиях крупносерийного и массового производства метод ко-
пирования применяют для предварительной обработки зубьев на
специальных станках, работающих по полуавтоматическому циклу
(например, ЕЗ-40). Обработку зубчатых колес по методу обкатки
осуществляют на зубообрабатывающих станках.
Наша станкостроительная промышленность выпускает большое
количество типоразмеров зубообрабатывающих станков, которые
можно классифицировать по их назначению, принципу действия
или по роду применяемых на них режущих инструментов; по наз-
начению — для нарезания цилиндрических колес с прямыми и
винтовыми зубьями, червячных, шевронных, конических колес,
зубчатых реек; по принципу действия и роду применяемого ин-
струмента — зубодолбежные, зубофрезерные, зубострогальные, зу-
борезные (работающие резцовой головкой), зубопротяжные, зубо-
закругляющие, зубошлифовальные, шевинговальные, зубохонин-
говальные и зубопритирочные.
* Схемы обработки, применяемые инструменты, преимущества и недо-
статки этих методов приведены в гл. VIII.
462
§ 1. Зубодолбежные станки
При нарезании зубчатых колес на зубодолбежных станках
в качестве режущих инструментов применяются долбяки, спе-
циальные резцовые головки и зуборезные гребенки *. Наибольшее
распространение получили станки,
работающие долбяками. Они бы-
вают вертикального и горизонталь-
ного исполнения. Горизонтальные
зубодолбежные станки часто ра-
ботают двумя долбяками и пред-
назначены в основном для наре-
зания шевронных зубчатых колес.
Вертикальные зубодолбежные
станки бывают двух видов:
а) станки, у которых радиальное
врезание осуществляется переме-
щением долбяка, а при холостом
ходе отвод получает заготовка (на-
пример, 512, 5А12, 5В12, 514, 516);
б) станки, у которых радиальное
врезание осуществляется переме-
щением заготовки, а при холостом
ходе долбяк отводится от заго-
товки (например, 5150, 5А150,
5В150, 5161 и др.).
На зубодолбежных станках, ра-
ботающих долбяком, можно наре-
зать цилиндрические зубчатые ко-
леса с прямыми и винтовыми зубья-
ми как наружного, так и внутрен-
него зацепления. Для нарезания
ступенчатых блоков шестерен с не-
большими расстояниями между
зубчатыми венцами, колес внут-
Рпс. XIX.1. Зубодолбежный ста-
нок 5В12:
1 — нижняя часть станины; 2 — сред-
няя часть станины; з — штоссель;
4 — каретка штосселя; 5 — валик
ручного вращения долбяка; 6 — гита-
реннего зацепления, шлицевых от-	₽а деления
верстий, особенно глухих, зубо-
долбление является основным способом изготовления. Зубодол-
бежные станки экономично использовать при нарезании зубча-
тых секторов.
Нарезание зубчатых колес долбяками осуществляется по ме-
тоду обкатки (см. гл. VIII). Учитывая, что принцип действия зубо-
долбежных станков и методика их настройки аналогичны, оста-
новимся на рассмотрении широко распространенного в промышлен-
ности станка 5В12 (рис. XIX.1).
* Наша станкостроительная промышленность не выпускает станков,
работающих зуборезными гребенками, поэтому здесь не рассматриваются
станки этой разновидности,
463
Зубодолбежный полуавтомат 5B12. Этот полуавтомат является
усовершенствованной конструкцией полуавтоматов 512, 5А12.
Схема нарезания зубчатого колеса долбяком приведена на
рис. VIII.23. Для нарезания прямозубого колеса наружного за-
цепления долбяку сообщают возвратно-поступательное движение,
вращение и радиальное перемещение. Заготовке сообщают враще-
ние и радиальное перемещение. Последнее необходимо для того,
ьирои odauunj
Рис. XIX.2. Кинематическая схема станка 5В12
Гитара деления
чтобы при холостом ходе долбяк не касался заготовки. Стол с за-
готовкой отводят от долбяка на величину около 0,5 мм. К началу
рабочего хода долбяка стол с заготовкой возвращают в исходное
положение.
Кинематическая схема станка 5В12 приведена на рис. XIX.2.
Для сообщения возвратно-поступательного движения штосселю 7,
несущему долбяк, применен механизм, состоящий из кривошип-
ного диска 2, раздвижного шатуна 3 и коромысла 4, зубчатый сек-
тор которого находится в зацеплении с круглой рейкой штосселя.
Число двойных ходов долбяка в минуту равно частоте вращения
кривошипного диска 2, Штоссель получает четыре числа двойных
ходов (200, 315, 425, 600) от электродвигателя М через четырех-
ступенчатую клиноременную передачу с передаточными отноше-
464
ниями: ii == 0,21; i2 = 0,33; i3 = 0,46 и z4 = 0,63. Для расчета
числа двойных ходов долбяка в минуту пользуются формулой
где v — средняя скорость резания в м/мин; I = Ь + (5 4- 7) —
длина хода долбяка в мм; Ь — длина нарезаемого зуба в мм.
В зависимости от требуемого числа двойных ходов клиновые
ремни перебрасывают на соответствующую ступень посредством
специального эксцентрикового устройства. Длину хода долбяка
регулируют изменением радиуса вращения пальца кривошипного
диска с помощью винта 5, смонтированного на диске 2. Крайние
положения долбяка (зона строгания) устанавливают изменением
длины раздвижного шатуна 3.
Вращение долбяка (круговая подача). Под круговой подачей
понимают длину дуги поворота долбяка по делительной окруж-
ности в миллиметрах за один двойной ход. Конечными элементами
кинематической цепи круговой подачи будут кривошипный диск 2,
за один оборот которого совершается двойной ход, и долбяк, кото-
рый должен повернуться на заданную величину дуги делительной
окружности.
Уравнение кинематической цепи круговой подачи будет
,	4 аг 64 72 64 35 1	,
1 дВ. ХОД.- .^т2д = 3 ММ/ДВ. ХОД,
откуда
af__ 1125s
b± лтид ’
где т — модуль нарезаемого колеса; гд — число зубьев долбяка.
При подборе сменных колес должно быть выдержано условие
ах + Ьх = 110.
Вращение заготовки (движение деления) должно быть точно
согласовано с вращением долбяка. Если обозначить число зубьев
долбяка гд, а число зубьев нарезаемого колеса г, то за период
* /1 \
поворота долбяка на один зуб — заготовка также должна повер-
\ 2д /
нуться на один зуб	Уравнение кинематической цепи, связы-
вающей долбяк и заготовку, будет иметь вид
1 90 64 35 64 72 а с 52 74 44 35 80 1	1
гд ‘ 1 ’ 35 ‘ 64 ’ 72 ’ 64 ‘ Ь ‘ d ‘ 74 ‘ 44 ’ 35 ’ 80 ‘ 39 ‘ 120 “ z »
откуда формула настройки гитары деления получает вид
Л С Ид
Ь d z
При подборе сменных зубчатых колес необходимо выдерживать
условие а + b = 120. Для облегчения подбора сменных колес
465
гитары деления число зубьев колеса с принимают кратным числу
зубьев долбяка гд, например, 2 : 1; 1 : 1.
Врезание долбяка (радиальная подача). Это движение необхо-
димо для врезания долбяка в заготовку на заданную высоту зуба
и осуществляется плоским кулачком 6. На станке предусматри-
вается возможность нарезания колес в один, два или три прохода.
Число проходов выбирается в зависимости от твердости обрабаты-
ваемого материала, требуемой точности обработки и величины мо-
дуля нарезаемого колеса. Чем тверже материал, больше модуль и
выше точность, тем больше выбирается число проходов. В соот-
ветствии с этим устанавливается одно-, двух- или трехпроходный
кулачок (рис. XIX.3). На всех кулачках имеется участок вреза-
ния, профиль которого очерчен по спирали Архимеда (занимает
Рис. XIХ.З. Кулачки врезания
(гх = 63,65 мм; г2 = 63,25 мм; г3 = 60,45 мм):
а — однопроходный; б — двухпроходный; в — трехпроходный
угол авр = 90°), и участки обкатки, очерченные по окружности,
занимающие различные углы в зависимости от числа проходов.
При нарезании колеса в один проход кулачок 6 (см. рис. XIX.2),
поворачиваясь на угол авр, действует на рейку 7, связанную с ка-
реткой S, перемещает долбяк по направлению к заготовке (про-
исходит врезание). Когда ролик рейки 7 окажется в точке 1 (см.
рис. XIX.3, а), врезание прекращается и при дальнейшем враще-
нии кулачка на угол ах происходит обкатка. За время поворота
кулачка на угол заготовка совершает один оборот. В коробке
передач при этом введены в зацепление зубчатые колеса 48—28.
Когда ролик рейки 7 достигнет точки 2 кулачка, он попадает во
впадину и каретка с долбяком под действием пружины 9 (см.
рис. XIX.2) отойдет от заготовки. При этом станок автоматически
останавливается. При двухпроходном кулачке в зацепление вво-
дятся зубчатые колеса 35—41. После врезания за время поворота
кулачка на угол а2 (см. рис. XIX.3, б) заготовка совершает один
полный оборот. Затем в точке 2 осуществляется дополнительное
врезание долбяка на величину 0,4 мм и снова за время поворота
кулачка на угол а2 (участок 2—5) заготовка совершает один обо-
рот. При обработке в три прохода в зацепление вводятся колеса
466
28—48. После врезания за время поворота кулачка на угол а3
заготовка совершает один оборот. При этом происходит первая
черновая обработка. В точке 2 (рис. XIX.3, в) происходит допол-
нительное врезание долбяка на величину 2,8 мм, и снова за время
поворота кулачка на угол а3 заготовка совершает один полный
оборот. При этом осуществляется вторая черновая обработка.
В точке 3 снова происходит врезание долбяка на величину 0,4 мм,
и за время поворота кулачка на угол а3 (участок 3—4) заготовка
совершает еще один оборот. При этом происходит чистовая обра-
ботка.
Обозначив угол поворота кулачка в общем случае через ак,
можно написать уравнение кинематической цепи врезания:
1об заг •	• 3? . 8_2.33 .	. *2/ JL __	-
1UU. оЛ1. t 80 35	74 52 8О'к 100--3б0,
где iK — передаточное отношение пары зубчатых колес коробки
передач, находящихся в зацеплении; — поворот кулачка в до-
лях оборота.
Величина угла поворота .кулачка за один оборот заготовки
определяется из выражения
ак = i Л • 360.
&х)
При гк = ~ а1 = 277,7°; при гк = ~ а2 = 138,3°;
при гк = || а3 = 94,5°.
Учитывая изменение размеров зубьев долбяка при его пере-
точке, а также погрешности в изготовлении и установке заготовки,
с целью предупреждения брака сначала настраивают станок
так, чтобы зубья нарезались на меньшую высоту, чем требуется
но чертежу. Первоначально высоту зуба рассчитывают по формуле
ЛХ = Л —0,1тп,
где h — требуемая высота зуба в мм; hx — устанавливаемая высота
зуба в мм; т — модуль нарезаемого колеса.
Поскольку глубина нарезания устанавливается меньше требуе-
мой (А1 < А), толщина нарезаемого зуба *S\ будет больше требуемой
S на величину
Д5 = 5Х~5.
После нарезания одного колеса измеряют толщину зуба и оп-
ределяют величину Д5. Зная Д5, определяют величину ДА по
формуле
где а — угол зацепления.
467
Определив величину ДЛ, перемещают на эту величину долбяк
в сторону заготовки (вручную) и обрабатывают ее вторично для
получения заданных размеров. Последующие заготовки будут
прорезаться на требуемую глубину.
Отвод стола с заготовкой от долбяка во время его холостых
ходов осуществляется от эксцентрика 10 (см. рис. XIX.2) через
толкатель и рычажную систему. Установка эксцентрика на одном
валу с кривошипным диском обеспечивает необходимую синхрони-
зацию отвода и подвода стола с холостыми и рабочими ходами
долбяка.
На станке 5В12 можно также нарезать колеса с винтовыми
зубьями. Для этого необходимо установить долбяк с винтовыми
зубьями, а также вместо прямолинейных направляющих на штос-
селе и в червячном колесе установить винтовые направляющие для
сообщения возвратно-вращательного движения долбяку (см.
рис. XIII.23).
Шаг винтовых направляющих Тв можно определить по фор-
муле
где Т — шаг винтовой линии нарезаемого зуба в мм; гд — число
зубьев долбяка; z — число нарезаемых зубьев.
При этом все движения настраиваются по тем же формулам,
что и при нарезании прямозубых колес.
Настройка станка 5В12 на нарезание зубчатых колес внутрен-
него зацепления производится по тем же формулам, что и для колес
наружного зацепления. Различие заключается лишь в том, что
при нарезании зубчатых колес внутреннего зацепления направле-
ния вращения долбяка и заготовки одинаковы, тогда как при наре-
зании колес наружного зацепления они противоположны. Не при-
водя здесь специальных расчетов, можно рекомендовать для некор-
ригированных колес с углом зацепления 20° при выборе долбяков
руководствоваться условием, чтобы разность чисел зубьев нарезае-
мого колеса внутреннего зацепления и долбяка была не менее 18,
т. е.
Zk 2д 18.
В шпинделе станка 5В12 предусмотрено гнездо с конусом
Морзе № 3 для установки хвостовых долбяков. На станке преду-
смотрена возможность гидрозажима нарезаемой заготовки.
Одним из способов нарезания зубчатых колес, повышающих
производительность в результате увеличения числа режущих кро-
мок, одновременно участвующих в работе, является зубодолбле-
ние специальными резцовыми головками (см. рис. VIII.3). Головки
работают по методу копирования. Профильные резцы, получающие
радиальную подачу, производят одновременное долбление всех
зубьев нарезаемого колеса. Число резцов и контур их режущих
468
Рис. XIX.4. Гидрокинематическая схема полуавтомата 5120
469
кромок соответствуют числу и профилю впадин нарезаемого колеса.
Следовательно, для каждого типоразмера нарезаемого колеса
необходимо иметь индивидуальную резцовую головку. Последнее
обстоятельство • делает целесообразным применение указанного
способа нарезания зубчатых колес лишь в массовом производстве.
Процесс зубодолбления резцовыми головками осуществляется
на специальных зубодолбежных станках 5110, 5А110, 5120, 5А130.
На рис. XIX.4 приведена гидрокинематическая схема полуав-
томата 5120. Заготовка закрепляется на штосселе посредством гид-
равлического зажима и получает возвратно-поступательное движе-
ние в вертикальном направлении от эксцентрикового механизма
(главное движение). За каждый ход заготовки резцы получают пе-
риодическое радиальное перемещение (движение подачи). Во время
обратного (холостого) хода заготовки (вниз) резцы отводятся от
заготовки. Для установочных перемещений суппорта резцовой
головки имеется индивидуальный электродвигатель. Мощность
главного электродвигателя 17 кВт. Число двойных ходов в минуту
(47, 64, 84, 110) настраивается сменными колесами а, 6. Габарит-
ные размеры 2732 X 2480 X 2970 мм (длина X ширина X вы-
сота). Вес (масса) станка 13 000 кг.
Станок работает по полуавтоматическому циклу. После пол-
ного нарезания колеса резцовая головка автоматически подни-
мается вверх, прекращается возвратно-поступательное движение
заготовки и последняя освобождается от зажима (гидравли-
чески).
Производительность станков типа 5120 в 8—10 раз превышает
производительность станков, работающих долбяками, и более чем
в 4 раза — производительность при зубофрезеровании. Учитывая,
что многорезцовая головка с подвижными резцами может обеспе-
чить лишь черновое и получистовое нарезание зубьев, в технологии
изготовления зубчатых колес необходимо предусматривать чисто-
вую обработку.
§ 2. Зубофрезерные станки
Зубофрезерные станки имеют наибольшее распространение в
промышленности среди зубообрабатывающего оборудования, ввиду
их высокой производительности и точности обработки. Процесс зу-
бофрезерования уступает по производительности лишь процессам
протягивания и долбления многорезцовыми головками.
По расположению оси обрабатываемой детали зубофрезерные
станки подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Гори-
зонтальные станки применяются для обработки шлицевых валов
деталей типа «вал-шестерня» и т. п. (например, модели 5350, 5А370,
5375 и др.). Вертикальные станки получили большее распростра-
нение, чем горизонтальные, и изготовляются в двух исполнениях:
с радиальным перемещением стола (например, 5310, 5К320, 5К322
и др.) и с радиальным перемещением фрезерного суппорта (на-
470
пример, 5312, 5327, 5342 и др.). Зубофрезерные станки работают по
полуавтоматическому или автоматическому циклу.
Зубофрезерный полуавтомат 5Е32 представляет собой одну
из современных моделей зубофрезерных станков и предназначен
для нарезания зубчатых колес с прямыми и винтовыми зубьями
внешнего зацепления, червячных колес средних размеров, шлице-
вых валиков и др.
Этот станок вертикального исполнения с подвижной стойкой
суппорта фрез|>] (рис. ХТХ.5). Верхняя балка служит для скрепле-
ния задней и передней стоек после настройки станка. Это повышает
жесткость станка, уменьшает возможность возникновения вибра-
ций, что способствует повышению точности обработки и снижению
шероховатости обработанной поверхности.
Станок работает по методу обкатки. В качестве режущего ин-
струмента применяются червячные модульные фрезы. Наибольший
диаметр нарезаемых колес 800 мм; пределы модулей по стали 2—6,
по чугуну 2—8, наибольший угол наклона зуба нарезаемых колес
60°, наибольшая ширина нарезаемых колес 280 мм, наибольший
диаметр фрезы 150 мм. Если сообщить фрезе и заготовке такие
вращательные движения, чтобы на каждый оборот фрезы прихо-
дился поворот заготовки на число зубьев, равное числу заходов
фрезы *, и медленно перемещать фрезу вдоль оси заготовки, то на
заготовке будут нарезаны прямые зубья. При этом фрезу необхо-
димо установить таким образом, чтобы направление витков ее
спирали совпадало с направлением зубьев нарезаемого колеса.
Для лучшего уяснения принципа работы станка рассмотрим
настройку его для нарезания различных видов зубчатых колес.
Кинематическая схема станка 5Е32 приведена на рис. XIX.6.
Настройка станка для нарезания ци-
линдрических зубчатых колес с прямыми
зубьями. При нарезании данного вида колес суппорт фрезы
устанавливают так, чтобы ось фрезы составляла с торцовой пло-
скостью заготовки угол ф, равный углу подъема винтовой линии
зубьев фрезы со на делительном диаметре (рис. XIX.7). Для
этой цели суппорт фрезы имеет поворотную часть с нониусной
шкалой.
Из рассмотрения схемы работы червячной фрезой следует,
что для нарезания прямозубых колес на данном станке необходимы
три движения: главное движение (вращение фрезы), движение де-
ления (вращение заготовки) и вертикальная подача фрезы.
Главное движение осуществляется от электродвигателя Мг
через клиноременную передачу со шкивами Dr и D2 (рис. XIX.6),
цилиндрические колеса 32—48, 35—35, смгенные колеса а — Ъ',
конические колеса 25—25, 25—25, 25—25, цилиндрические колеса
18—72 и на шпиндель фрезы.
* Это справедливо для цилиндрических зубчатых колес с прямым
зубом.
471
Рис. XIX.5. Зубофрезерный станок 5Е32:
1 — стойка фрезерного суппорта; 2 — верхняя балка;
3 — фрезерный суппорт; 4 — кронштейн; 5 — задняя стой-
ка; 6 — оправка заготовки; 7 — стол; 8 — станина
Гитара	Гитара
скоростей	деления
Рис. XIX.6. Кинематическая схема станка 5ЕЗ?
472
Обозначим частоту вращения фрезы через пф, тогда уравнение
кинематической цепи главного движения будет
4//п 126 32 35 а' 25 25 25 18
пф 1440 • 24q * 48 ' 35 ’ Ъ' ’ 25 ‘ 25 ’ 25 ’ 72 °б/мин>
откуда
а' _ Пф
F“126‘
Частота вращения фрезы определяется из формулы
ЮООу
об/мин’
где v — скорость резания в м/мин; dф — диаметр фрезы в мм.
При подборе сменных колес должно быть выдержано условие
«' + &'== 60. Прилагаемый к станку комплект из пяти пар смен-
ных колес обеспечивает получение восьми различных скоростей
Рис. XIX.7. Схема установки фрезы
и заготовки при нарезании прямозу-
бых колес:
1 — заготовка} 2 — фреза1, I — вращение
фрезы; II — вращение заготовки; III —
вертикальная подача
Для обеспечения равномерного движения шпинделя
цепи главного движения установлен маховик.
шпинделя,
с фрезой в
Движение деления. Кинематическая цепь деления должна обес-
печить согласованное вращение заготовки с вращением фрезы,
а именно: за один оборот фрезы заготовка должна повернуться на
к
к зубьев, т. е. на — своей окружности, где к — число заходов фре-
зы; z — число зубьев нарезаемого колеса.
Фреза и заготовка связаны между собой передачами 72—18,
25—25, 25—25, 25—25, 46—46, дифференциалом, колесами е —f,
сменными колесами — Ьъ сг — dlt червячной передачей 1—96.
Уравнение кинематической цепи деления будет
.	72 25 25 25 46 . е ах сг 1   к &
1об.фр • 18  25 ' 25 ‘ 25 ‘ 461я 7 '	"d, ’ 96 ~ 7 °0, стола-
Числа зубьев колес е и f выбираются в зависимости от числа
е 36
зубьев z нарезаемого колеса: при z 161 -у =36 = 1 при z>
>161	- = - = -
1	/	48 2 *
473
При фрезеровании прямых зубьев дифференциал, как правило,
отключается. Когда дифференциал отключен, его передаточное
отношение гд = 1, а когда включен =1/2. Подставляя эти
значения, получим расчетные формулы для настройки цепи деле-
ния; когда -у =1, то при гд = 1
при гд = 1/2
£..£ = 48--.
bt	z
Вертикальная подача. Вертикальной подачей называется вели-
чина перемещения суппорта фрезы по вертикали (в мм) за один
оборот заготовки. Стол с заготовкой и суппорт фрезы связаны
передачами 96—1, 2—24, а2 — b2, с2 — d2, 45—36, 19—19,
16—16, 4—20, 5—30 и далее ходовой винт вертикальной подачи
с шагом t = 10 мм.
Уравнение кинематической цепи вертикальной подачи будет
л -	96 2 а2 с2 45 19 16 4 5	-
1 об. стола - 7- • о/ * I1 • ТГ • on • ТБ • • on •	• 10 = SB ММ/об. СТ.,
1 24 b2 d2 36 19 16 20 30 в 1	1
откуда
^2	^2 _ 3
h ’ ~ 16 в‘
На станке 5Е32 можно вести обработку как встречным, так
и попутным фрезерованием. Попутное фрезерование обеспечивает
получение более низкой шероховатости обрабатываемой поверх-
ности. Но этот процесс применим лишь, когда отсутствует лифт
между ходовым винтом и гайкой. На станке 5Е32 имеется специаль-
ное гидравлическое устройство для выбора люфта при рабочем
ходе. При выключении рабочей подачи блокировочный золотник
открывает слив масла в резервуар.
На зубофрезерных станках цилиндрические колеса можно наре-
зать в один, два или три прохода. Число проходов звисит от тре-
буемой шероховатости обработанной поверхности и величины мо-
дуля нарезаемого колеса. Колеса с модулем т = 2,5 4- 3 мм
могут быть нарезаны за один проход, при модуле свыше 3 мм —
за два или три прохода.
Для автоматического отключения подачи по достижении тре-
буемой длины фрезерования на салазках вертикального перемеще-
ния устанавливаются переставные упоры.
Настройка станка для нарезания цилин-
дрических зубчатых колес с винтовыми
зубьями. Схема установки фрезы и заготовки при нареза-
нии винтовых зубьев и необходимые движения показаны на
рис. XIX.8. При нарезании винтовых зубьев угол ф установа
фрезы зависит от сочетания направлений винтовых линий фрезы
и нарезаемого колеса. Если направление винтовых линий различ-
474
но, когда, например, фреза левая, а колесо правое или наоборот,
то угол установа будет равен сумме углов (о + со). Если направ-
ление винтовых линий одинаково (обе линии правые или обе ле-
вые), то угол установа будет равен разности углов (о — со).
Для получения винтового зуба необходимы четыре движения:
/ — вращение фрезы, II — вращение заготовки, III — верти-
кальная подача и IV — дополнительное вращение заготовки в том
или противоположном направлении (рис. XIX.8) Первые три
движения осуществляются по тем же кинематическим цепям и
настраиваются по тем жё формулам, что и при нарезании прямо-
зубых колес. Для осуществления дополнительного вращения заго-
товки на станке имеется самостоятельная кинематическая цепь
(цепь дифференциала). При нарезании винтовых зубьев дифферен-
циал должен быть включен. Он алгебраически суммирует основ-
Рис. XI Х.8. Схема установки
фрезы и заготовки при нареза-
нии винтовых зубьев:
1 — заготовка1, 2 — фреза; а® — угол
наклона винтовой линии зубьев наре-
заемого колеса; <о° — угол подъема
винтовой линии зубьев фрезы
ное вращение заготовки, определяемое отношением числа заходов
фрезы к числу зубьев нарезаемого колеса, и дополнительное вра-
щение, зависящее от величины угла наклона нарезаемых зубьев.
Представим себе начальную заготовку такой длины, чтобы на
ней разместился полный виток винтового зуба (рис. XIX.9) Сде-
лав развертку спирали на плоскости, получим прямоугольный
треугольник abc, в котором Т — шаг нарезаемой спирали в мм;
а — угол наклоне зуба; DH — начальный диаметр в мм. Если при
нарезании прямого зуба за один оборот заготовки фреза переме-
щается по вертикали на величину вертикальной подачи sB из
точки 1 в точку 2, то при нарезании винтового зуба фреза должна
за то же время переместиться из точки 1 в точку 2'. Для обеспе-
чения этого условия необходимо, чтобы заготовка повернулась
дополнительно на величину Дж. За второй оборот ’заготовки
фреза должна переместиться по вертикали на величину $в и попасть
из точки 2' в точку 3', для чего заготовка снова должна повер-
нуться дополнительно на величину Дж и т. д.
Сумма $в дает величину шага SsB = 71, а сумма Дж —- величину
5 Дж = лРНач» отсюда следует, что для получения винтовых зубьев
необходимо, чтобы за период опускания фрезы по вертикали на
величину шага нарезаемой спирали заготовка совершила один
475
дополнительный оборот. Это и есть условие, которое должна обес-
печить кинематическая цепь дифференциала. Конечными элемен-
тами этой цепи является ходовой винт вертикальной подачи и
заготовка. Они связаны передачами: ходовой винт, червячные
передачи 30—5, 20—4, далее колеса 16—16, 19—19, 36—45,
а3 — fe8, с3 — d3, 1—30, дифференциал, колеса е — /, а — Ъ, с —d,
червячная передача 1—96 и заготовка.
Уравнение кинематической цепи будет
Т 30 20 16 19 36 а3 с3 1 . е аг сх 1	।
10‘’5'Т‘1б’19'45’б;‘^'30гд7‘ьГ'57‘96 — —
Шаг спирали
tg о°	tg о° ~~ sin о° *
7Пт	cos a0’
где mT и тп/у — соответственно модули нарезаемого колеса торцо-
вый и нормальный; г — число зубьев нарезаемого колеса; о —
угол наклона нарезаемого зуба в градусах.
Подставляя полученное выражение шага Т и формулу р- •	=
= 48у в уравнение кинематической цепи и сделав необходимые
преобразования, получим формулу настройки гитары дифферен-
циала
а3 с3 __ 25 sin a°
b3 d3 п/Ид К •
где к — число заходов фрезы.
476
Если направления винтовых линий зубьев нарезаемого колеса
и фрезы одноименны, то сообщаемое заготовке дополнительное
вращение направлено в сторону основного. Если же направления
винтовых линий различные, то дополнительное вращение будет
направлено в сторону, обратную основному движению. Изменение
направления дополнительного вращения заготовки осуществляется
установкой или снятием паразитного колеса в гитаре дифферен-
циала.
Настройка станка для нарезания чер-
вячных колес. На данном станке нарезание червячных ко-
лес может производиться двумя методами: радиальной и танген-
циальной (осевой) подачами, как это схематично показано на
рис. XIX.10. В первом случае применяется цилиндрическая,
Рис. XIX.10. Схема на-
резания червячного ко-
леса:
а — методом радиальной по-
дачи; б — методом танген-
циальной подачи
во втором — коническая червячные фрезы. Ось фрезы устанавли-
вается горизонтально. Целесообразность применения радиальной
или тангенциальной подач определяется в зависимости от пара-
метров червячного зацепления и требований к точности профиля
его зубьев. При нарезании однозаходных червячных колес реко-
мендуется применять радиальную подачу, при многозаходных —
тангенциальную.
Метод тангенциальной подачи обеспечивает более высокий класс
чистоты и степень точности. Но для работы по методу*тангенциаль-
ной подачи станок должен снабжаться специальным протяжным
суппортом, который устанавливается вместо обычного. Схема
такого суппорта приведена на рис. XIX.6. Суппорт поставляется
заводом-изготовителем станка по специальному заказу, что огра-
ничивает применение метода тангенциальной подачи. На практике
в основном применяют метод радиальной подачи. При работе этим
методом применяют цилиндрическую червячную фрезу с размерами
и профилем, соответствующими червяку, в зацеплении с которым
будет работать нарезаемое колесо. Для нарезания колеса методом
радиальной подачи необходимы вращение фрезы, вращение заго-
477
товки и радиальная подача (рис. XIX.10). Первые два движения
настраиваются по тем же формулам, что при нарезании прямозу-
бых и винтовых колес.
Радиальной подачей называется величина перемещения фрезы
в миллиметрах по направлению к заготовке (или заготовки на фрезу
в зубофрезерных станках с подвижным столом) за один оборот
заготовки. Уравнение кинематической цепи, связывающей заго-
товку с ходовым винтом радиальной подачи, будет
Л л 96 2 а2 с2 45 19 16 4 10 4 10 20	-
1 об. ст • Y • 24 • ь; •	• 36 • 19 • 16 • 20 • 20 • 20 • 20 • 25 • 1° — SP мм/об,
Рис. XIX.11. Схема падающего червяка
откуда
#2 с2 _ 5
Для автоматического выключения радиальной подачи по дости-
жении полной высоты нарезаемого зуба применены переставные
упоры с падающим червя-
ком (рис. XIX.И). Когда
стойка суппорта дойдет до
упора, вращение гайки хо-
дового винта радиальной
подачи прекратится. При
этом остановится и чер-
вячное колесо 20. В то же
время четырехзаходный
червяк будет продолжать
вращаться, что заставит
червяк ввертываться, сме-
щаясь вправо, преодоле-
вая сопротивление пружи-
ны 1. При этом кулачок 2
отойдет от поддерживаю-
щей собачки 3 и червяк отойдет (упадет) от червячного колеса,
повернувшись на кронштейне 4 относительно вала 5. Включение
червяка осуществляется специальной рукояткой.
§ 3. Станок МА5382 для зуботочения
Метод зуботочения основан на обкатке профильным многозубым
инструментом — резцовой головкой — поверхности зуба колеса
при непрерывном их вращении на скрещивающихся осях (см.
рис. VIII.35}. Этот метод дает повышение производительности
в 1,5—2 раза по сравнению с зубофрезерованием. Повышение
производительности при зуботочении достигается увеличением дли-
ны стружки, приходящейся на единицу длины режущей кромки.
Для каждого нарезаемого зубчатого колеса необходимо иметь
индивидуальную резцовую головку. Поэтому метод зуботочения
является эффективцым в условиях крупносерийного и массового
производства зубчатых колес под последующее шевингование*
478
Метод зуботочения применяется при черновой обработке при
нарезании шлицевых валов и колес внутреннего зацепления. Про-
цесс зуботочения ведется на станках E3-13, ЕЗ-24 Егорьевского
станкозавода. ЭНИМСом создан станок МА5382, кинематическая
схема которого приведена на рис. XIX.12.Станок предназначен
для обработки цилиндрических зубчатых колес с прямыми и вин-
товыми зубьями диаметром до 200 мм и модулем до 5 мм. Наиболь-
Рис. XIX. 12. Кинематическая схема станка МА5382
шая ширина нарезаемых прямозубых колес 60 мм. Точность обра-
ботки на станке МА5382 находится в пределах 6-й степени точности
по ГОСТ 9368—60 при чистовых режимах.
Станок имеет вертикальную компоновку. Кинематические цепи
станка выполнены предельно короткими (как видно из схемы).
Это повышает их точность и жесткость, чем и обеспечивается повы-
шение точности нарезаемых колес.
На станке МА5382 предусмотрен автоматизированный цикл
обработки. Заготовка закрепляется при помощи гидрозажпма. При
нарезании винтовых зубьев на шпинделе заготовки устанавлива-
ются специальные винтовые направляющие.
479
§ 4. Зубострогальные станки для нарезания
конических колес с прямыми зубьями
Конические зубчатые колеса довольно широко применяются в
машиностроении, и требования к их работоспособности и точности
непрерывно возрастают. В СССР приняты две разновидности
конических зубчатых колес: с прямыми и с круговыми зубьями.
Производство конических зубчатых колес значительно слож-
нее, чем производство цилиндрических колес. Зубья конических
колес расположены не параллельно друг к другу; следовательно,
как сами зубья, так и впадины между ними имеют непараллель-
ные стороны, поэтому глубина и ширина впадин между зубьями
постепенно уменьшается от большего основания конического коле-
са к меньшему. Все это вызывает трудности в обработке коничес-
ких колес и усложняет конструкцию станков для их обработки.
Прямозубые конические колеса можно нарезать фасонными инстру-
ментами по методу копирования: фрезерование дисковыми или
пальцевыми модульными фрезами (черновое нарезание); круговое
протягивание при помощи дисковой протяжки (черновое и чисто-
вое нарезание); строгание по шаблону при помощи одного или
двух резцов.
В качестве примера можно привести станок ЕЗ-40 Егорьевского
станкозавода, работающий дисковыми модульными фрезами; зубо-
протяжной станок 5245 (работающий круговой протяжкой) Сара-
товского завода зубострогальных станков.
Способ строгания по шаблону применяется в настоящее вре-
мя для нарезания крупных зубчатых колес с прямыми зубьями,
так как только в этом случае сказываются преимущества этого
способа перед способом обкатки. В нашей стране получили распро-
странение станки 5А283 и 52ТМ2. Первый из них работает двумя
резцами, а второй —- одним.
Основным, наиболее точным и производительным методом наре-
зания прямозубых конических колес является метод обкатки. На
большинстве станков, работающих по этому методу, в качестве
режущих инструметов применяют два зубострогальных резца, ре-
жущие кромки которых своими движениями воспроизводят (имми-
тируют) профиль зуба производящего колеса. По этому способу
работают станки 523, 526, 5А26, 5А250, 5282 и др. Прямозубые
конические колеса можно нарезать по методу обкатки и двумя
спаренными дисковыми фрезами с прямолинейными режущими
кромками. По этому методу работают зубофрезерные станки 5П23
и 5230 *.
В принципе обработки зубьев конических колес на станках,
работающих по методу обкатки, заложено понятие производящего
(воображаемого) колеса. В действительности на станке такого
* Этот метод производительнее строгания в 3—5 раз, но при этом сле-
дует иметь в виду, что фрезы не имеют подачи вдоль нарезаемого зуба и
дно впадины имеет вогнутую форму.
480
Рис. XIX. 13. Схемы производящих колес для
нарезания прямозубых конических колес:
а — плоское; 1 — производящее колесо; 2 — заго-
товка; б — конусное
колеса нет, а имеется планшайба (люлька), на которой располо-
жены режущие инструменты (резцы, фрезы, зуборезная головка),
режущие кромки которых воспроизводят профиль зуба производя-
щего колеса. Существует несколько типов производящих колес —
плоское, конусное, плосковершинное, конусновершинное и др.
Наиболее удобным с точки зрения изготовления инструментов
является плоское производящее колесо 1 (рис. XIX. 13, а), у кото-
рого угол при вершине начального конуса срп= 90° и зубья кото-
рого имеют плоские боковые грани, т. е. профиль зубьев прямо-
точный. Но при этом
вершины зубьев произ-
водящего колеса распо-
ложены по конической
поверхности.
Конусное производя-
щее колесо отличается
от плоского тем, что
угол при вершине на-
чального конуса состав-
ляет фп = 90°—у0, где
у — угол ножки зуба
нарезаемого колеса
(рис. XIX.13, 6). При
этом вершины зубьев
расположены в плоско-
сти Z—7. Следователь-
но, вершины резцов 1
и 2, заменяющих зуб
производящего колеса,
будут двигаться в плос-
кости 1—Ц перпенди-
кулярной оси ООг про-
изводящего колеса.
При настройке станка фиктивное число зубьев производящего
колеса zu выражается через число зубьев нарезаемого колеса z.
Как известно, число зубьев двух сопряженных конических колес
прямо пропорционально синусам углов начальных конусов.
Из рис. XIX.13 можно записать
гп __ sin фп
z — sin ф *
Это вырежение называется обкаточным отношением, где zn —
число зубьев производящего колеса; z — число зубьев нареза-
емого колеса; фп — угол начального конуса производящего колеса;
ф — угол начального конуса нарезаемого колеса.
Для плоского производящего колеса обкаточное отношение
zn_____________________sin 90° _	1
z sin ф° ~~ sin ф°‘
481
Для конусного производящего колеса можно записать
£п __ sin (90° — у) __ cos Y°
z — sin ф° ““ sin ф°
или
zn = z-^.	(XIX.l)
Так как угол у мал и cos у близок к единице (обычно cos у >
> 0,998), то вполне допустимо рассматривать конусное произво-
дящее колесо как плоское и принимать обкаточное отношение
z	sin ф° ’
тогда
(XIX.2)
Ошибка в результате этого допущения очень мала и не выхо-
дит за допустимые пределы неточностей изготовления колес.
Рис. XIX.14. Зубостро-
гальный полуавтомат
2А250:
1 — станина; 2 — передняя
бабка; 3 — обкатная люль-
ка; 4 — бабка изделия;
5 — поворотная плита
Зубострогальный полуавтомат 5А250 предназначен для наре-
зания прямозубых конических колес методом обкатки двумя зубо-
строгальными резцами. Он является более совершенным по срав-
нению со станком 5А26. Внешний вид станка 5А250 показан на
рис. XIX.14. Общая конструктивная компоновка станка 5А250
такая же, как и у станка 5А26, но цикл обработки зуба имеет
некоторое отличие. На станке 5А26 нарезание зубьев происходит
последовательно — зуб за зубом, а на станке 5А250 деление
происходит через несколько зубьев, что способствует повышению
точности изготовления колес.
На станке 5А250 можно производить как черновое, так и чис-
товое нарезание зубьев. Черновое нарезание производится спосо-
бом врезания, при этом деление производится на один зуб, т. е.
зубья нарезаются последовательно. Станок 5А250 выпускается
482
в двух модификациях: в нормальном исполнении — без меха-
низма для образования бочкообразного зуба и в исполнении со
специальным механизмом для этой цели. При этом следует иметь
в виду, что станок без механизма бочкообразования жестче и
производительнее. По требованию потребителей со станком может
поставляться специальная головка (приспособление) для строга-
ния круговых зубьев.
Рис. XIX. 15. Кинематическая схема станка 2А250
Кинематическая схема станка показана на рис. XIX.15. Для
нарезания зубчатого колеса резцы, закрепляемые на ползунах,
получают возвратно-поступательное движение и вместе с планшай-
бой (люлькой) качательное движение. Заготовка подводится
к резцам и совершает вращательное движение, согласованное
с вращением люльки (производящего колеса). После нарезания
одного зуба заготовка быстро отводится от резцов, подолжая
вращаться в том же направлении. Люлька в это время возвраща-
ется в исходное положение (реверсируется), и цикл повторяется.
Под циклом понимают время обработки одного зуба (в секундах).
Возвратно-поступательное движение резцов. От электродвига-
теля М движение передается через зубчатые колеса 15—48, 34—34,
сменные колеса а'—Ь' гитары скоростей, далее через колеса
30—72 на центральный вал люльки. На валу расположен криво-
483
шипный диск, от которого при помощи рычажной системы пол-
зуны резцов получают возвратно-поступательное движение.
Уравнение кинематического баланса цепи скоростей
л е лл	а 30
1500-48-p-72=n’
отсюда
а'_____________________________ п
190»
где п — число двойных ходов в минуту.
Требуемое число двойных ходов ползунов определяется из
формулы скорости резания. Скорость ползунов переменна, но с
достаточной для практики точностью расчеты можно производить
по средней скорости
21п	.
^ср = 1000 м/мин’
откуда
500иСп
п = —^5	Z = fc + (5-r-7) мм.	(XIX.3)
где I — длина хода ползуна в мм; Ь — длина обрабатываемого
зуба в мм.
Движение подачи. Под подачей в станках типа 2А250 условно
понимают время рабочего хода, выраженное в секундах на зуб.
Барабан подач делает один оборот за цикл, причем рабочему ходу
соответствует поворот на 160°, а холостому — на 200°. Хотя^угол
поворота барабана при рабочем ходе меньше, чем при холостом,
холостой ход происходит ускоренно и время холостого хода зна-
чительно меньше времени рабочего хода.
Барабан подач получает вращение от электродвигателя М
через передачи 15—48, сменные колеса а—Ъ, с — d гитары подач,
колеса 34—68, фрикционную муфту 1 и далее через колеса 42—56,
44—96—64, червячную передачу 2—66 на барабан.
Уравнение баланса кинематической цепи подачи' имеет вид
1500	15 а_ с_ 34 42 44 96 _2_ _ 160	.
"60" Граб 48 ’ Ъ ‘ d ' 68 ’ 56 ’ 96 ’ 64 * 66 360 °0, оаРай-’
откуда
. _ а с ___7,3
*D — ~b ‘	“ V»
где tp — время рабочего хода в с/зуб.
При холостом ходе фрикционная муфта 1 соединяет с валом
колесо 88. При этом движение от приводного вала будет переда-
ваться (минуя гитару подач) через зубчатые колеса 52—88 или
484
76—54. При числе нарезаемых зубьев z 16 включают колеса
52—88, а при z 17 колеса 76—54. Это делается для того, чтобы
при малом числе зубьев z не превышать допустимой скорости вра-
щения делительного червяка.
Так как барабан подачи за время холостого хода поворачи-
вается на 200°, уравнение баланса кинематической цепи холостого
хода имеет вид
76
1500	15 /54\ 42 44 2 _ 200 - -	.
60 Гхол 48 \52/ 56 ’ 64 ’ 6&“ 360 °0, Оарай,;
88
откуда при
при
2^17 /Хол^3 с/зуб.,
2=^16	^хол^7,5 с/зуб.
Машинное время
• ^маш — ^раб + ^хол*
Схема механизма перемещения стола бабки заготовки показана
на рис. XIX.16. Барабан 1 имеет две канавки: одну для чернового,
а другую для чистового на-
резания. В соответствующую
канавку вводится один из
двух пальцев 2 кулисы 3.
При вращении барабана ку-
лиса 3 поворачивается вокруг
оси ОО и при помощи кулис-
ного камня 4 перемещает в
осевом направлении ци-
линдр 5. При рабочем ходе
станка масло под давлением
подается в правую полость
цилиндра, а левая полость
соединяется с резервуаром;
при этом поршень плотно
О
Рис. XIX.16. Механизм перемещения
бабки заготовки
прижимается к крышке ци-
линдра. Тогда при перемеще-
нии цилиндра влево вместе с
ним будет перемещаться пор-
шень со штоком 6. Последний соединен со столом бабки заго-
товки. Длина хода регулируется изменением расстояния ку-
лисного камня 4 от оси ОО при помощи винта 7. Крайнее ле-
вое положение бабки заготовки фиксируется упором 8. Когда
бабка заготовки подходит к крайнему положению и упирается
в упор 8, канавка барабана 1 продвигает цилиндр на 0,3—0,4 мм
дальше и между поршнем и крышкой образуется зазор. Масло из
485
правой полости цилиндра при этом вытесняется через переливной
клапан.
Благодаря такому устройству стол бабки заготовки при рабо-
чем ходе занимает строго определенное положение независимо
от точности изготовления канавки барабана. Чтобы снять нарезан-
ное колесо, необходимо отвести стол с заготовкой в крайнее правое
положение. Для этого переключают вручную золотник гидравли-
ческой системы, и масло, поступая в левую полость цилиндра 5,
перемещает поршень со штоком и стол на величину длины хода
поршня. Зажим и освобождение заготовки также осуществляются
при помощи гидравлического устройства.
Барабан подач используется также для управления автомати-
ческим циклом работы станка. Канавки 9 и 10 служат для пере-
ключения фрикционной муфты на рабочий и ускоренный ход
(при помощи гидравлики). На барабане также имеется кулачок
11, приводящий в действие счетчик циклов. Когда будет нарезано
установленное число зубьев, станок автоматически остановится.
Делительно-обкаточное движение. В течение рабочего хода
производящее и нарезаемое колеса вращаются согласовано в од-
ном направлении. После нарезания одного зуба заготовка отво-
дится от резцов и продолжает вращаться в том же направлении,
а люлька с резцами (производящее колесо) изменяет направление
вращения на противоположное. Следовательно, к моменту начала
следующего цикла заготовка повернется на определенное число
зубьев (число пропускаемых зубьев); причем число этих зубьев не
должно иметь общего множителя с числом зубьев нарезаемого коле-
са, в противном случае резцы будут попадать в уже прорезанные
впадины. Если, например, требуется нарезать 18 зубьев, а число
q = 5, то нарезание зубьев будет производиться в следующей
последовательности: 1—6—11—16—3—8—13—18—5—10—15—2—
7-12—17-4-9-14.
Уравнение кинематического баланса цепи деления составляется
из условия, что за один оборот барабана подач (за время цикла)
нарезаемое колесо должно повернуться на qlz оборота, где q —
число пропускаемых зубьев; z — число зубьев нарезаемого колеса:
75
а ' г 66 64 60 23 / 60 \26 2626£iCi 29 30J__j_
1 об. бараб. • -2 ‘ 6О • 44 ‘ 23 \_27_/26 ‘ 26 ’ 26 ’ Ьг ’	‘ 29 ‘ 30 ‘ 120 “ Т*
108
-	75
методом обкатки включается редукция
При нарезании
тогда получим
. __£i ci _2q
д bx dr z
методом врезания (при черновой обработке)
27
и число пропускаемых зубьев прини-
(XIX.4)
При обработке
включается редукция^
мается q = 1, т. е. зубья обрабатываются последовательно.
486
Тогда формула для настройки цепи деления
гд = £.£ = 12.	(XIX.5)
В зависимости от принятого метода обработки (обкатка или
врезание) в соответствующую канавку барабана подач вводится
один из двух пальцев кулисы.
Движение обкатки на рассматриваемом станке осуществляется
в результате совместного согласованного вращения производящего
колеса и нарезаемого колеса. Как указывалось выше, за время
цикла заготовка поворачивается на-|- оборота, а люлька совер-
шает двойное качание. Качание и реверсирование люльки осу-
ществляется при помощи специального составного колеса (см.
рис. XIX.15).
Составное колесо (замкнутая зубчатая рейка) состоит из зуб-
чатого сектора внутреннего зацепления, имеющего 196 зубьев *,
сектора наружного зацепления, имеющего 98 зубьев, и двух полу-
шестерен по 28 зубьев в каждой. На внешней окружности состав-
ного колеса нарезано 252 зуба. С наружным зубчатым венцом нахо-
дится в постоянном зацеплении колесо z = 21, от которого движе-
ние на вал гитары обкатки может передаваться непосредственно
через кулачковую муфту или через передачи 21—50, 20—42.
С замкнутой зубчатой рейкой находится в зацеплении колесо
z — 14, которое вращается в одном направлении, а составное
колесо при этом совершает возвратно-вращательное (реверсивное)
движение. Реверсирование составного колеса осуществляется
в тот момент, когда колесо z = 14 приходит в сцепление с цент-
ральными зубьями полушестерен z — 28. При сцеплении колеса
z — 14 с сектором внутреннего зацепления (z = 196) осуществля-
ется рабочий ход, а при сцеплении ее с сектором наружного
зацепления (z = 98) — холостой ход. Для обеспечения контакта
между колесом z = 14 и замкнутой рейкой (а также поддержа-
ния необходимого зазора) в диске составного колеса имеется канав-
ка соответствующего профиля, по которой перемещается конец
вала колеса z = 14.
Частоту вращения колеса тгк, которое оно делает, сцепляясь
с замкнутой рейкой за время цикла, можно определить по формуле
nK = --l,	(XIX.6)
ZK
где zp — число зубьев замкнутой рейки; zK — число зубьев колеса.
В нашем случае
zp = 1964-984-2’28 = 350, zK = 14,
тогда
350 л п, g,.
nK =	— 1 = 24 об/цикл.
* В скобках на рисунке указано число зубьев в полной окружности.
487
Выше указывалось, что барабан подачи делает один оборот
за время цикла; теперь можно убедиться в справедливости этого
утверждения. Написав уравнение баланса кинематической цепи,
связывающей шестерню г = 14 с барабаном подач, получим
24 об/цикл •	• gg == 1 об.бараб.
В процессе обработки нарезаемое и производящее колеса
должны вращаться строго согласованно, а именно: за время пово-
-- 1
рота нарезаемого колеса на один зуб ~ производящее колесо тоже
. 1
дожно повернуться на один зуб —.
zn
Поскольку данное передаточное отношение должно соблюдаться
лишь во время рабочего хода, передаточное отношение между
колесом z = 14 и зубчатым сектором внутреннего зацепления
будет 14 : 224, где 224 — число зубьев в полной окружности венца.
При работе методом обкатки кулачковая муфта включена влево (по
схеме рис. XIX.15) и передаточное отношение между наружным
зубчатым венцом составного колеса и первым валом гитары обкатки
равно 252 : 21. Тогда уравнение баланса кинематической цепи
обкатки будет
£ 120 30 29 £ 26 26 26 60 23
z ' 1 ’ 30 ‘ 29 ’ 1Д ’ 26 ‘ 26 ’ 26 ‘ 75 ‘ 23 Х
16 14 252 «г Ъ 30
Х 32 ’ 224 ’ 21' ’ b2 ‘ d2 ‘ 28 ‘ 135 “ z?
Подставляя вместо гд их значения из уравнений (XIX.4) и
(XIX.5) и вместо zn значение из уравнения (XIX.2), получим фор-
мулы для настройки гитары обкатки.
При работе методом обкатки
j0 = ±s. ^ = ^sin<p°.	(XIX.7)
При работе методом врезания
?0 = T- ?==^sin<P°-	<Х1Х-8>
При работе по методу обкатки нужно,чтобы в процессе наре-
зания люлька поворачивалась на угол 0°, требующийся для пол-
ной обкатки профиля зуба. За это время барабан подач поворачи-
вается на угол 160°, как об этом говорилось выше. Тогда уравне-
ние баланса цепи,связывающей вращение барабана подач и люльки,
4	66 §4 16 J4 252 . 30 _2_ _ flO
1W ’ 2 ’ 44 ‘ 32 ’ 224 ' 21 l° 28 ’ 135 — ° ’
откуда
е°=1бо°-4%.
0,0
488
Подставив значение i0 из уравнения (XIX.7), получим фор-
мулу для определения числа q пропускаемых зубьев при делении:
д=	(XIX.9)
*	160 sin ф®
Значение угла 0 качания люльки определяется по следующей
формуле:
до cos фе . 114,6 /	. hB .	\
6 ==-——Ч------— л + — ctga .
cos ф| 1 2П \	1 т 6 / ’
2	3	4
Рис. XIX.17. Полуавтомат 5П23БП:
1 — станина; 2 — передняя бабка; 3 — об-
катная люлька; 4 — бабка изделия
где фе — угол наружного конуса (конуса выступов) в градусах;
Фг угол внутреннего конуса (конуса впадин) в градусах, гп —
число зубьев производящего ко-
леса; Лн — высота ножки зуба
у наружного торца в мм; т —
ыъкупъ в мм; а — угол зацеп-
ления в градусах.
Угол качания люльки при
работе методом обкатки должен
быть таким, чтобы резцы начи-
нали резать сразу же после
подвода стола в рабочее поло-
жение и заканчивали съем
стружки до начала отвода заго-
товки. Если угол качания люль-
ки недостаточен, то надо уве-
личить число q, взяв следующее
большее число, не имеющее об-
щих множителей с числом зубьев
нарезаемого колеса, и пересчи-
тать соответственно сменные
зубчатые колеса гитар деления
и обкатки.
При большом модуле наре-
заемых зубчатых колес и при
высоких требованиях к их качеству, целесообразно работать в два
прохода, оставляя на второй проход определенную величину
припуска. На станке 5А250 имеется специальный механизм, поз-
воляющий устанавливать величину припуска на второй проход
в пределах от 3 до 0,3 мм.
Зубострогальный полуавтомат 5П23БП (рис XIX.17) предназ-
начен для нарезания прямозубых конических колес повышенной
точности (6—7-й степени точности по ГОСТ 9368—60). Он выпус-
кается на базе полуавтомата 5П23Б нормальной точности. Повы-
шение точности обеспечивается применением высокоточпыхчервяч-
ных передач, а также специальных терморегуляторов для автома-
тического регулирования температуры охлаждающей и смазываю-
щей сред, что снижает температурные деформации станка.
489
На полуавтомате 5П23БП нарезание ведется двумя зубостро-
гальными резцами методом обкатки. На нем можно нарезать зубча-
тые колеса для передач с углом между осями от 10 до 170°. Реко-
мендуемые числа нарезаемых зубьев 12—100 с модулем от 0,5 до
2,5 мм. Заготовка крепится на оправке, устанавливаемой в шпин-
деле бабки, и зажимается посредством гидравлического патрона.
Принцип работы станка 5П23БП аналогичен станку 5А250. Кинема-
тическая схема станка 5П23БП приведена на рис. XIX.18.
Рис. XIX. 18. Кинематическая схема полуавтомата 5П23БП
Требуемое число двойных ходов в минуту резцов устанавли-
вается сменными колесами а! и У, передаточное отношение кото-
рых определяется из уравнения
.__а'__ п
1 “Ь7-347»
кроме того
«'+&' = 95.
Значение п определяется по формуле (XIX.3).
490
Движение подачи. Конечными элементами кинематической
цепи подачи будут: распределительный вал, совершающий один
оборот за цикл, и электродвигатель, который совершает за цикл
Пц оборотов. За время рабочего хода распределительный вал пово-
рачивается на 0,58 оборота, а при холостом ходе — на 0,42 обо-
рота. Соответственно электродвигатель делает пр оборотов за рабо-
чий ход и пх оборотов — за холостой ход. При рабочем ходе фри-
кционная муфта 1 включена влево, тогда уравнение кинемати-
ческой цепи, связывающей электродвигатель и распределитель-
ный вал, будет иметь вид
21 а с 35 31 71 19 1 п со
”р 25 ’ b ‘ d ' 65 ’ 71' 61 ' 19 ' 40 ~ 0,58 °6, Р> В'
Число оборотов электродвигателя, которое он делает за время
рабочего хода,
ПдВ 930
ИР =	60 = ZP 60 ’
тогда
. _ а с __6,6
*п b d ’
Набор сменных шестерен гитары подач позволяет получить
И различных значений продолжительности рабочего хода в пре-
делах 3,5—112 с/зуб.
Для осуществления холостого хода муфта 1 переключается
вправо. Время холостого хода составляет tx = 4,7 с/зуб. На
распределительном валу установлены два сменных кулачка. Верх-
ний служит для подвода и отвода стола в соответствующие моменты
цикла, нижний — предназначен для врезания инструмента при
обработке плоских конических колес с углом начального конуса
70—85°. На распределительном валу установлены также кулачки,
которые действуют на золотник гидросистемы, переключающей
фрикционную муфту 7, и управляющие счетчиком циклов.
Делительно-обкаточное движение на данном станке осущест-
вляется аналогично станку 5А250 посредством составного колеса.
Передаточное отношение гитары деления определяется по фор-
муле
ал ci 3g
1д~ dl Ч“7’
где q — число пропускаемых зубьев; z — число зубьев пареза*
емого колеса.
При нарезании зубчатых колес с простым числом зубьев (напри-
мер, 127, 131) в наборе сменных шестерен гитары деления необ-
ходимо еще иметь шестерни 9 таким числом зубьев.
Передаточное отношение гитары обкатки определяется по фор-
муле
(XIX.10)
а2 с2 3g . о
Jo = г ’ 4 = — S1H Ф .
и b2 d2 z Y
491
Полуавтомат 5П23БП гидрофицирован и работает по следующе-
му циклу: зажим заготовки, подвод стола, рабочий ход стола,
отвод стола, отжим заготовки. Гидропривод осуществляет также
переключение фрикционной муфты с рабочего хода на холостой
и наоборот.
При нарезании конических колес с углом начального конуса
70° и больше необходимо иметь угол качания люльки больше 70°,
что не рекомендуется для работы этого станка. Поэтому нарезание
зубчатых колес с такой характеристикой ведут комбинированным
способом, при котором рабочий ход состоит из двух этапов. Стол
медленно перемещается вперед, одновременно с обкаткой происхо-
дит процесс врезания инструмента. Достигнув определенной глу-
бины зуба, врезание инструмента прекращается, и происходит
профилирование зуба (обкатка) при неподвижном положении стола.
Станок снабжен автоматическим счетчиком циклов. Счетчик произ-
водит отсчет импульсов, поступающих от гидросистемы. Пределы
отсчета от 0 до 150 циклов. В каждый данный момент счетчик
показывает, сколько циклов осталось до выключения станка.
По окончании отсчета установленного числа циклов станок оста-
навливается.
§ 5. Станки для нарезания конических зубчатых колес
с круговыми зубьями
Одним из факторов, характеризующих качественные изменения
в производстве конических зубчатых передач, является широкое
внедрение конических колес с круговыми зубьями, имеющими зна-
чительные эксплуатационные и технологические преимущества
перед прямозубыми.
При нарезании конических колес с круговыми зубьями боко-
вые поверхности зубьев образуются как огибающие производящей
поверхности, описываемой режущими кромками резцов враща-
ющейся резцовой головки. Резцовая головка установлена на
планшайбе (люльке), которая вращается вокруг своей оси и пред-
ставляет собой производящее колесо. Нарезание конических колес
с круговыми зубьями может производиться двумя типами произ-
водящих колес: а) плосковершинным (рис. XIX.19, а) и б) конусно-
вершинным (рис. XIX.19, 6).
Первый тип производящего колеса осуществляется на станках,
не имеющих механизма для изменения наклона инструментального
шпинделя. Обычно ось этого шпинделя параллельна оси люльки.
Поверхность вершин зубьев производящего колеса в этом случае
является плоскостью 7—7, перпендикулярной к оси люльки. Эта
плоскость называется установочной плоскостью. Плоскость II—II
называется (условно) начальной плоскостью производящего колеса.
Точка Oq пересечения оси люльки с установочной плоскостью
называется центром станка. Через центр станка проходит верти-
кальная ось, относительно которой происходит поворот бабки
492
заготовки на угол ср. Угол вершинной поверхности плосковершин-
ного колеса фп = 90°.
Второй тип производящего колеса применяется в станках,
у которых наклон инструментального шпинделя может изменяться.
Вершинной поверхностью является в этом случае конус с углом срп,
величина которого может изменяться в пределах, допускаемых
механизмом наклона шпинделя. Вершина этого конуса Ос явля-
ется центром станка, а устано-
вочная плоскость I—I является
касательной этого конуса.
Станки для нарезания кони-
ческих колес с криволинейными
зубьями можно подразделить по
нескольким признакам. По назна-
чению они бывают для чернового
и чистового нарезания или только
для одного вида обработки (для
чистового или только для черно-
вой обработки). По способу обра-
ботки станки бывают работающие
методом обкатки, методом вреза-
ния или кругового протягивания.
Некоторые модели станков могут
работать как с обкаткой, так и
без нее.
К числу конструктивных ха-
рактеристик станков относится
наличие устройства для наклоне-
ния инструментального шпинделя,
возможность смещения центра
станка относительно плоскости
вращения инструмента, наличие
механизма модификации обкатки
и др.
В машиностроении для наре-
зания конических зубчатых колес
с криволинейными зубьями на-
ходят применение станки отечест-
Ось люльки . Ось резцовой
\	\ головки
Рис. XIX. 19. Схемы производя-
щих колес для нарезания ко-
нических колес с круговыми
зубьями:
а — плосковершинное; б — конусно-
вершинное
венного производства с наклоняющимся инструментальным шпин-
делем 5П23А, 5А27С2, 5А27СЗ, 5А27С4 и др., а также с ненаклоня-
ющимся шпинделем 525, 5А27С1, 528С, 5А284 и др. Указанные мо-
дели станков позволяют нарезать зубчатые колеса в весьма широком
диапазоне размеров. Одним из универсальных станков, получив-
ших широкое распространение в промышленности, является ста-
нок 528С конструкции ЭНИМСа.
Зуборезный полуавтомат 528С. Общая конструктивная компа-
новка его принципиально аналогична рассмотренным выше стан-
кам для нарезания прямозубых конических колес (рис. XIX.20).
493
На нем можно нарезать зубчатые колеса с круговыми зубьями диа-
метром от 30 до 800 мм и модулем от 2,5 до 15 мм. На станке.можно
вести черновое и чистовое нарезание.Наличие механизма модифика-
ции обкатки позволяет нарезать зубчатые колеса для полуобкатных
передач, а также колеса с большой длиной образующей начального
конуса. Преимуществом этого станка так же, как и ранее рассмот-
ренных, является то, что обрабатываемое колесо вращается
в одну и ту же сторону. Это способствует получению высокой точ-
ности нарезаемых колес по шагу, так как все элементы цепи вра-
щения заготовки имеют постоянное натяжение.
Рис. XIX.20. Зуборезный полуавтомат 528С:
1 — основание; 2 — маховик ручного привода станка; 3 — обкатная
люлька; 4 — резцовая головка; 5 — нарезаемое колесо; 6 — вертикальный
суппорт; 7 — бабка изделия; 8 — гитара деления; 9 — поворотная плита;
10 — стол
На станке 528С холостой ход весьма непродолжителен, что
повышает производительность станка (приблизительно на 30—50%)
по сравнению с другими станками данного размера и назначения.
Принцип работы станка. Станок 528С может рабо-
тать методом обкатки и методом врезания. В качестве режущего
инструмента на станке применяют специальную резцовую головку
(рис. XIX.21), резцы которой расположены по окружности. Рез-
цовая головка 1 смонтирована на планшайбе 2 и получает враще-
ние вокруг своей оси. Планшайба 2 вращается вокруг своей оси
(вместе с резцовой головкой). При наличии указанных движений
режущие кромки резцов будут воспроизводить профиль зуба
производящего колеса. Если на пути движения резцов разместить
494
заготовку 3 и сообщить ей вращение, согласованное с вращением
производящего колеса, то на заготовке будет нарезана впадина.
После нарезания одной впадины заготовка отходит от резцов,
продолжая вращаться в том же направлении, а планшайба с рез-
цовой головкой получает вращение в обратном направлении. За
это время заготовка повернется на какое-то число зубьев q (число
пропускаемых зубьев), не имеющее общего множителя с числом
зубьев нарезаемого колеса. После чего цикл повторяется.
При работе методом врезания (черновая обработка) заготовка
медленно подается на вращающуюся резцовую головку. В этом
случае угол поворота планшайбы принимают небольшим, чтобы за
Рис. XIX.21. Схема на-
резания конического
колеса с круговыми
зубьями резцовой голов-
кой
время обратного хода планшайбы заготовка успела повернуться
на один зуб.
Как следует из сказанного, принцип работы станка 528G ана-
логичен принципу работы станка 5А250.
Кинематическая схема станка 528С приведена на рис. XIX.22.
Вращение резцовой головки осуществляется от электродвига-
теля М через бесшумную зубчатую передачу 16—64, коническую
пару 27—27, сменные зубчатые колеса а'—b', с' — d' гитары ско-
ростей, цилиндрические колеса 40—40, далее на колесо 19, нахо-
дящееся в зацеплений с колесом 87 внутреннего зацепления. Пере-
даточное отношение гитары скоростей определяется из уравнения
3000. — .
зиии 64 27
а' с' 40 19 ____
F ‘ Т' ' 40 ‘ 87 “ ”шп’
откуда
а'
Т'

Требуемую частоту вращения шпинделя резцовой головки опре-
деляют из формулы скорости резания
ЮООр
л1)
И-ШП
об/мин,
где v — скорость резания в м/мин; D — диаметр резцовой головки
в мм.
Движение подачи. Подача заготовки на резцовую головку осу-
ществляется барабаном, на котором имеются две канавки: одна
495
канавка для работы методом вращения, другая — для работы
методом обкатки. Барабан делает один оборот за цикл, причем
рабочему ходу соответствует поворот барабана на 160е, а холо-
стому — на 200°. Барабан подач получает вращение от главного
электродвигателя через цилиндрические колеса 16—64, сменные
Рис. XIX.22. Кинематическая схема станка 528С
зубчатые колеса а — b, с — d гитары подач, передачи 22—58,
фрикционную муфту 7, конические колеса 20—24, 20—40, цилинд-
рические колеса 46—69, 63— 70, червячную передачу 2—72.
Уравнение баланса кинематической цепи подачи
3000	16. 22 20 20 £6 63 £ _ 160 л К 6
60 Граб 64 *n 58 ’ 24 ' 40 ’ 69 ‘ 70 ’ 72 “ 360 °0, йа₽а0-’
откуда
.   а	с  13,5
п	& d	£раб
В конце рабочего хода заготовка быстро отводится от режущего
инструмента.
Цепь ускоренного хода. При холостом ходе фрикционная муфта 1
включается в колесо 43. Тогда вращение на барабан будет пере-
даваться от приводного вала через колеса 45—43 (минуя гитару
496
подач) и далее по рассмотренной выше кинематической цепи.
За время холостого хода барабан поворачивается на 200°. Урав-
нение кинематической цепи ускоренного хода
200	72 70 69 40 24 43 64
360 об- ба₽аб- • 2 • 63 • 46 • 20 • 20 • 45 • 16 = "* об- ДВИГ' = 300 °б- ДВИГ>
Тогда время холостого хода
.	300-60 д . Л
*х = “зббо- = 6 с/зуб-
На торцовой части барабана подач имеются кулачки, которые
через гидропривод переключают муфту 1 на рабочий или ускорен-
ный ход. Устройство барабана подач и способ передачи движения
каретке заготовки такие же, как у станка 5А250 (см. рис. XIX.16).
Целительно-обкаточное движение на станке 528С осуществля-
ется аналогично станку 5А250. Уравнение баланса кинематической
цепи деления имеет вид:
50
Л * ~	72 70 69 / 40 \ 24 26 26 _
1 об. бараб. • 2 • 63 • 46	2_7 / 30'26 ‘ 26 Х
108
ч 25 «1 с± 28 29	1 q ~
Х25‘Ь1‘^'36 ’ 29’1Т2 — ~1 °6, 8аГ’
При работе методом обкатки включают передачу тогда
1Д=^Л=2.1,	(XIX.11)
27
При работе методом врезания включают передачу тогда
В зависимости от метода обработки в соответствующую канавку
барабана подач вводится один из двух пальцев кулисы. Движение
обкатки осуществляется в результате совместного согласованного
вращения производящего колеса (планшайбы с резцовой головкой)
и нарезаемого колеса.
Схема составного колеса приведена отдельно на рис. XIX.22.
Как видно из схемы по замкнутой рейке перекатывается колесо
z = 16. Частоту вращения этого колеса за цикл можно определить
по формуле (XIX.6).
Для нашего случая
210 + 126 + 2-24 Л
пк =----!—---------1 = 23 об/цикл.
Написав уравнение баланса кинематической цепи, связываю-
щей колесо z = 16 с барабаном подач, получим
32 60 63 2 л '	'
23 ’ 16 ’ 69 ’ 70 ’ 72 — 1 °6, ба₽аб-
497
В процессе обработки нарезаемое и производящее колеса дол-
жны вращаться строго согласовано, чтобы за время поворота наре-
заемого колеса на один зуб -- производящее колесо тоже поверну-
лось на один зуб —. Поскольку данное условие должно соблюдаться
zn
лишь во время рабочего хода, передаточное отношение между
колесом z = 16 и замкнутой рейкой надо писать для случая,
когда это колесо находится в зацеплении с сектором внутреннего
зацепления, в полной окружности которого 240 зубьев.
Тогда уравнение кинематического баланса цепи обкатки
40
1 112 29 30	25 26 26 30 / 50 \46 16 J16
z ' Г ’ 29 ‘ 28 ’ гд ‘ 25 ’ 26 ‘ 26 ‘ 24 \108/60 ‘ 32 ‘ 240 Х
27
30
270 /30\ «2 £2 50	2 _ 1
Х 23 \15/ b2 ' d2 ’ 42 ‘ 150 “ zn'
75
Принимая прямозубое коническое колесо как частный случай
конического колеса с криволинейным зубом, согласно уравнению
(XIX.1) можно написать
подставляя значения передаточного отношения гитары деления
из формул (XIX.И) и (XIX.12), получим формулы для настройки
гитары обкатки. При работе методом обкатки включают передачи
40	30
50 И 30- Т0ГДа
; —	. £.2 _ о с .	. Sin tp‘
0 b2 d2 ' z cos yc
(XIX.13)
тт	108	15
При работе методом врезания включают передачи и
принимают q = 1, тогда
. _ а2 с2__17,5 sin ф(
0 Ь2 d2~~ z cosус
(XIX.14)
где ф° — угол начального конуса нарезаемого колеса; у0 угол
ножки зуба нарезаемого колеса.
Для того чтобы в процессе обработки зуба полностью обкатать
его профиль, необходимо, чтобы за время поворота барабана
подач на угол 06 == 160° люлька повернулась на угол 0°. Соста-
вим уравнение баланса в случае обработки методом обкатки, когда
30
включена передача
oU
1 fin0 I2 Z9 69 16 16 270 30 .50 2_ _ fl0
1DU ' 2’ ' 63 ’ 60 ‘ 32 ’ 240 ‘ 23 ' 30 l° 42 ' 150 ~ ° ’
498
откуда
9° = 160° •	(XIX.15)
Оу О
Подставив значение i0 из уравнения (XIX.13), получим формулу
для определения q (число пропускаемых зубьев):
___ Oz cos 7°
У 160 sin ф° *
Угол 0 определяется по следующей формуле:
9 = 57,3(2tg<₽ + ^ + rA^)1
где ф — угол начального конуса нарезаемого колеса; $в — ширина
впадины по дуге начальной окружности; Le — длина образующей
начального конуса; Ъ — ширина зубчатого венца; Р — угол спи-
рали нарезаемого зуба.
Механизм модификации обкатки. При черновом нарезании
зубьев, а также при нарезании полуобкатных колес станок рабо-
тает по методу врезания, при котором заготовка в течение рабо-
чего хода медленно подается на инструмент, а после окончания
резания быстро отводится назад. Движение обкатки при этом берет-
ся небольшим, рассчитанным лишь на то, чтобы за цикл заготовка
повернулась на один зуб. При этом профиль зубьев нарезанного
колеса близок к профилю зубьев рейки. Чтобы обеспечить пра-
вильное зацепление с сопряженным зубчатым колесом, такой зуб
необходимо модифицировать срезанием (утонением) профиля у
головки и ножки. Изменение профиля (модификация) может быть
достигнуто, если люльке в процессе резания сообщить небольшие
дополнительные движения сначала в одну, а затем в другую сто-
рону при помощи механизма модификации обкатки. Последний
получает движение от вала гитары обкатки через передачи 50—42,
гитару модификации обкатки, колеса 25—30, червячную пере-
дачу 2160. В ступице червячного колеса z — 60 эксцентрично
вмонтирован палец. Последний входит в паз гильзы, связан-
ной с валом червяка качания люльки. При вращении пальца червяк
люльки будет получать осевое перемещение, вследствие чего
люлька будет получать дополнительное качательное движение-
Комбинируя величину эксцентрицитета ем с передаточным отноше-
нием гм гитары модификации обкатки, можно получить требуемую
величину модификации. Величину эксцентрицитета определяют по
формуле
ем = 276,472 X
*	гм
где/см — коэффициент модификации.
Станок 528С гидрофицирован. Такие вспомогательные дейст-
вия, как отвод заготовки, зажим ее на оправке, переключение
фрикционной муфты и некоторые другие операции осуществляются
гидравлически. Избыточное масло используется для автоматы-
499
ческой смазки всех механизмов и подвижных частей. Особенностью
станка 528С является возможность создания на его базе зубошли-
фовального станка для конических колес с круговыми зубьями.
§ 6. Зубоотделочные станки
Зубоотделочные станки применяются для окончательной обра-
ботки зубчатых колес для повышения их точности, снижения шеро-
ховатости обработанной поверхности, а также улучшения меха-
нических и прочностных качеств. К зубоотделочным операциям
относятся: зубошлифование, шевингование, хонингование,обкатка
и притирка.
Рис. XIX.23. Схемы зубошлифования:
а — профильным кругом; б — дисковым кругом; в, г — тарельчатыми кругами
Зубошлифование применяют для окончательной (чистовой)
обработки шлифовальными кругами зубьев колес для получения
точного профиля до 5—6-й степени точности по ГОСТ 9368—60
и шероховатости поверхности зуба (у7—у8 по ГОСТ 2789—59).
Это необходимо для правильного зацепления зубчатых колес,
бесшумности и плавности в работе, уменьшения износа и повыше-
ния долговечности передач. Шлифование зубьев имеет особенно
важное значение для зубчатых колес, подвергающихся терми-
ческой обработке, в результате которой зубья обычно теряют свой
правильный профиль.
Шлифование зубьев, так же как и зубонарезание, производится
двумя методами: методом копирования и методом обкатки. В стан-
ках, работающих по первому методу, шлифование производится
профильным кругом (рис. XIX.23, а), получающим вращение,
возвратно-поступательное движение параллельно оси обрабатыва-
емого колеса и периодическую подачу на глубину шлифования за
каждый двойной ход. После нескольких двойных ходов круг выво-
дится из зацепления с колесом, которое поворачивается на один
или несколько зубьев, и цикл повторяется. По этому методу рабо-
тают станки 586, 5860, 5861, 5Б861 и др.
500
На рис. XIX. 23, б показана схема шлифования зубьев зубча-
тых колес методом обкатки одним дисковым кругом,который в ради-
альном сечении имеет прямобочный профиль. Шлифовальный круг
смонтирован на ползуне, получающем возвратно-поступательное
движение. Шлифуемое колесо, укрепленное на столе станка, совер-
шает одновременно вращательное и поступательное движения для
перекатывания по шлифовальному кругу. При обкаточном движе-
нии стола в одном направлении шлифуется одна боковая поверх-
ность зуба; затем направление обкаточного движения меняется
и шлифуется вторая боковая поверхность в той же впадине, так что
за один цикл движений окончательно шлифуется одна впадина.
Толщина рабочей части круга меньше ширины шлифуемой впа-
дины, поэтому при переходе от шлифования одной боковой поверх-
ности к шлифованию другой стол получает смещение на величину
разности этих величин. После шлифования одной впадины осу-
ществляется делительный поворот колеса, и цикл повторяется.
По этому методу работают зубошлифовальные станки 5831, 5842,
5П84, 584М, 5844 и др.
Схемы работы станков двумя тарельчатыми кругами показаны
на рис. XIX. 23, в, г. Шлифовальные круги, установленные под
углом а°, равным углу зацепления, получают только вращательное
движение. Заготовка совершает обкаточное движение, возвратно-
поступательное движение (вдоль оси) и делительный поворот.
Возле каждого круга (рис. XIX.23, г) расположен рычаг 7, несу-
щий алмаз 2. Между алмазом и кругом существует зазор. Через
определенные промежутки времени ролик 3 попадает во впадину
вращающегося диска 4 и рычаг 1 под действием пружины повора-
чивается и прижимает алмаз к кругу. Если износ круга неболь-
шой, то контакты 5 не замыкаются. При большом износе круга
происходит замыкание контактов и включается механизм, автома-
тически смещающий круг на величину износа. По этому принципу
работают станки 5851, 5852, 5853 и др.
Цилиндрические зубчатые колеса с прямыми и винтовыми зубь-
ями можно также шлифовать абразивным червяком, принцип
работы которого аналогичен зубонарезанию червячной фрезой.
Шлифование зубчатых колес абразивным червяком осуществляют
на станках 5В330, 5832, 5В832, 5В833, 5835 и др.
Зубошлифовальный полуавтомат 5В833. Станок предназначен
для шлифования цилиндрических зубчатых колес с прямыми и вин-
товыми зубьями в серийном и крупносерийном производстве.
Шлифование производится абразивным червяком методом обкатки.
Диаметры шлифуемых зубчатых колес равны 40—320 мм, число
зубьев шлифуемых колес 12—200, нормальный модуль 0,5—4 мм.
Зубчатые колеса модулем до 0,8 мм можно шлифовать без предва-
рительного нарезания зубьев.
Кинематическая схема станка приведена на рис. XIX.24. Абра-
зивный червяк 7, закрепляется на горизонтальном шпинделе и по-
лучает вращение (главное движение) и периодическое поступатель-
501
Eioe перемещение вместе с суппортом 2 в направлении заготовки 3
(движение врезания). Заготовку устанавливают в центрах на стой-
ке 4 и сообщают ей вращение (движение деления) и возвратно-
поступательное движение (подачу) в направлении обрабатывае-
мого зуба. При шлифовании винтовых зубьев заготовку повора-
чивают на угол наклона шлифуемого зуба. Абразивный червяк при
шлифовании получает постоянную скорость вращения от электро-
двигателя М± через зубчатые колеса 99—99.
Я Гитара правки N-^кВт
Рис. XIX.24. Кинематическая схема зубошлифовального станка 5В833
Кинематическая цепь вращения заготовки (движение деления)
настраивается так, чтобы за один оборот абразивного червяка заго-
товка повернулась на один зуб^у). Настройка цепи деления произ-
водится посредством сменных зубчатых колес гитары деления по
формулам:
4-4 = - ПРИ z = 12:19; е:/ = 36:108;
о a z г	*
4'4 = - при z = 204-200; е:/ = 24:120;
b d z	7	7
4-4 = ?? пРи 2 = 59; е:/ = 26:118,
b d 13z r	J J	7
где z — число зубьев обрабатываемого колеса.
502
Характерной особенностью станка является наличие в цепи
деления электрической синхронной связи между двумя синхрон-
ными электродвигателями Мг и М2.
Вертикальное возвратно-поступательное движение стойке 4
с заготовкой сообщается от электродвигателя М3 через бессту-
пенчатый привод 5, двуступенчатый зубчатый перебор с электро-
магнитной муфтой, червячную передачу и ходовой винт с шагом
tr = 6 мм.
При рабочем ходе вертикальные подачи изменяются от 3,78
до 165 мм/мин. При ускоренном перемещении подача равна 300
мм/мин.
Радиальная подача абразивного червяка на шлифуемое колесо
за каждый двойной его ход осуществляется перемещением суппор-
та 2 в горизонтальном направлении посредством ходового винта
с шагом t3 = 5 мм. От гидравлического цилиндра 6 через реечную
передачу и храповой механизм сообщается вращение ходовому
винту с шагом = 1,5 мм. Последний поворачивает рычаг 7,
который перемещает следящий золотник, в результате чего пор-
шень через винт (t3 = 5 мм) перемещает суппорт 2 на величину
радиальной подачи (в пределах 0,02—0,08 мм/дв. ход), устанавли-
ваемую лимбом 8. При наладке суппорт может перемещаться вруч-
ную.
Правка абразивного червяка на станке 5В833 осуществляется
стальными накатниками или алмазными резцами, устанавлива-
емыми на механизме правки 9. При правке абразивный червяк
получает вращение от двухскоростного электродвигателя М4
и делает 25 оборотов в минуту при рабочем ходе и 50 — при холо-
стом. Механизм правки получает перемещение параллельно оси
абразивного червяка при помощи ходового винта с шагом 12 = 2л.
Величина этого перемещения настраивается при помощи сменных
колес гитары правки. Необходимо, чтобы за один оборот абразив-
ного червяка, механизм правки переместился на один шаг витка
абразивного червяка.
Передаточное отношение сменных колес гитары правки опре-
деляется по формуле
Cj ^N
\ dr 2 *
где т^ — нормальный модуль шлифуемого колеса.
При шлифовании винтовых зубьев заготовку поворачивают на
угол наклона шлифуемого зуба. Для более точной работы цепи
деления в ней создается постоянный натяг посредством гидравли-
ческого тормоза.
Шлифование конических колес с прямыми зубьями осуществля-
ется на станках 5870В, 5А871 двумя шлифовальными кругами,
которые в процессе работы, вращаясь, перемещаются вдоль зуба,
как движутся резцы у зубострогальных станков. Для шлифования
конических зубчатых колес с круговыми зубьями применяют станки
503
5871, 5А872, работающие чашечными шлифовальными кругами.
Принцип действия этих станков аналогичен станку 528С, только
вместо резцовой головки устанавливают шлифовальный круг.
Шевингование незакаленных стальных зубчатых колес
представляет собой процесс обработки путем соскабливания
с зубьев тонкой стружки (близко к шабрению). Шероховатость
обработанной поверхно-
Рис. XIX.25. Кинематическая схема зубо-
шевинговального станка 5715
сти находится в преде-
лах 9—11-го классов
(ГОСТ 2789-59). Режу-
щим инструментом при
шевинговании является
шевер (см. гл. VIII).
Процесс шевингования
ведется на специальных
станках, как, например
571, 5701, 5702, 5703,
5712, 5715 и др.
На рис. XIX.25 при-
ведена схема шевинго-
вального станка 5715.
Станок предназначен для
окончательной обработ-
ки сырых и термически
улучшенных цилиндри-
ческих зубчатых колес
с прямыми и винтовыми
зубьями. На станке при-
меняется дисковый ше-
вер, который закреп-
ляется на шпинделе по-
воротной головки и по-
лучает принудительное
вращение. Поворотную
головку устанавливают
так, чтобы угол между
осями шевера и заго-
товки был равен алгебраической сумме углов наклона зубьев
шевера и обрабатываемого колеса.
Зубчатое колесо, подлежащее шевингованию, -закрепляют на
оправке, которую устанавливают на столе в центрах передней и
задней бабок. Шевер, находясь в зацеплении с обрабатываемым
колесом, вращает его. Стол совершает возвратно-поступательное
движение на величину, немногим больше ширины шевингуемого
колеса. В конце продольного хода стола каретка с шевером полу-
чает радиальную подачу. После окончания обработки подача отклю-
чается, но обкатка еще некоторое время продолжается для выгла-
живания боковых поверхностей зубьев.
504
Шевер получает вращение от электродвигателя Мг Требуемая
частота вращения шевера пш настраивается сменными зубчатыми
колесами а' — Ъ', передаточное отношение которых определяется
по формуле
Ь'~ 208-
Частота вращения шевера определяется из формулы
лЛш^ш <
= Лобо ' м/мин-
Кроме того, рш (скорость вращения шевера) можно определить
из формулы скорости резания при шевинговании (см. гл. VIII)
v = рш (cos фш tg фк ± sin фш).
Тогда можно записать
=__________ЮООр________
ш jWiu (cos (рш tg фк ± sin ф1Ц) *
Подставив полученное значение и сделав соответствующие
преобразования, получим
--^12____________-_____
Ь‘ 1 Dlu (cos фш tg фк ± sin фш) ’
где и — скорость резания при шевинговании в м/мин; £>ш —
наружный диаметр шевера в мм; фш, фк — углы наклона зубьев
шевера и обрабатываемого колеса в градусах.
При одинаковых направлениях винтовых линий шевера и коле-
са ставится знак плюс, а при разных направлениях — знак минус.
Продольная подача. При скрещивании осей шевера и обраба-
тываемого зубчатого колеса зубья их имеют теоретически точеч-
ный контакт, а практически — по небольшой площадке. Для того
чтобы распространить действие шевера на всю длину обрабаты-
ваемых зубьев, заготовке сообщают возвратно-поступательное дви-
жение вдоль оси, которое и представляет собой продольную подачу
$пр*
Ходовой винт продольной подачи получает вращение от элек-
тродвигателя М2. Уравнение баланса кинематической цепи
950 • • -г • • 6 = $пр мм/мин = 114-^-.
oU b zo F	о
На практике продольную подачу выражают в миллиметрах за
один оборот обрабатываемого колеса:
snp ,
So —-- ММ/Об.
Частоту вращения колеса пк можно определить из соотноше-
ния между частотами вращения колеса и шевера пш:
ZK *
505
откуда
Пк = пш~.
zK
Тогда можно записать
а _____________________ SO пшгш
'Ь ~ 114 ‘ zK •
Реверсирование продольной подачи осуществляется реверси-
рованием электродвигателя М2-
Радиальная подача шевера осуществляется от двух кулачков
А*, которые в конце каждого продольного хода стола, действуя
на рычажную систему, поворачивают храповое колесо z = 150,
и далее через зубчатые колеса 18—30 передают вращение ходовому
винту радиальной подачи. Каретка шевера перемещается в гори-
зонтальном направлении.
Угол (<р) поворота диска с кулачками зависит от длины хода
стола h
(₽o=4-S4-360° или [ф]=2[и-
Наименьшая радиальная подача шевера за один ход стола
«р = йо ' '5 = 0,02 мм/ход'
На практике иногда осуществляют модификацию продольного
профиля зубьев, заключающуюся в придании им бочкообразной
формы (рис. XIX.26). Эти зубья отличаются от обычных меньшей
толщиной по концам, чем в середине. Обычно уменьшение
толщины Д5 принимается равным 0,025 мм на 50 мм длины зуба.
Бочкообразность зубьев предотвращает их заклинивание вслед-
ствие погрешности сборки или деформации валов во время эксплу-
атации передачи, компенсирует погрешности термической обра-
ботки и др.
Для обработки бочкообразных зубьев станок снабжают спе-
циальным дополнительным устройством, схема которого изобра-
жена на рис. XIX.27. Заготовку 1 закрепляют на оправке и уста-
навливают в центрах, на качающейся плите 2. Последняя свя-
зана шарнирно (ось 5) со столом 3 станка. На кронштейне закреп-
лен штифт 4 с роликом, входящим в паз копирной линейки 6,
которая может устанавливаться под некоторым углом относи-
тельно оси стола. Во время возвратно-поступательных движений
стола ролик штифта 4 скользит по пазу копирной линейки и сооб-
щает небольшие качательные движения плите 2 и заготовке I
вокруг оси 5, в результате которых на концах зубьев удаляется
более толстый слой металла, чем на середине, и зуб приобретает
бочкообразную форму.
Для окончательной обработки (отделки зубьев) цилиндриче-
ских термически обработанных зубчатых колес применяют зубохо-
506
пингование. Этот процесс осуществляется на зубохонинговальных
полуавтоматах 5913 и 5В913.
Обкатку зубчатых колес производят после их
термической обработки на специальных зубообкатных станках.
Рис. XIX.27. Приспособление для
обработки бочкообразных зубьев
Рис. XIX.26. Бочкооб-
разный зуб
В качестве инструмента применяются стальные колеса (эталоны 1)
со шлифованными зубьями. В процессе обкатки (рис. XIX.28)
обкатываемое колесо 2 вводится в зацепление с эталонами 1 и
вращается с реверсированием под радиальной нагрузкой 130—150
Рис. XIX.28. Схема обкат-
ки цилиндрического зубча-
того колеса
1
Рис^ XIX.29. Схема при-
тирки цилиндрического зуб-
чатого колеса
кгс (12,7—14,7 Н) в точение 6—10 с. Скорость вращения 16—20
м/мин. Обработка ведется с применением смеси керосина и машин-
ного масла или всухую.
Притирку производят в основном термически обработан-
ных зубчатых колес. Притираемое зубчатое колесо 2 (рис. XIX.29)
507
закрепляется на оправке, свободно вращающейся в центрах,
и вводится в зацепление с чугунными притирами 1 (зубчатыми
колесами), которых бывает от 1 до 3. Притиры шаржируют абра-
зивной смесью, состоящей из мелкозернистого абразивного порош-
ка и турбинного масла в пропорции 1:2. Притирам сообщается
реверсивное вращательное и возвратно-поступательное, движение
параллельно оси обрабатываемого колеса. Притирку зубьев можно
вести методом торможения и методом «в распор». При первом методе
необходимое давление контакта обеспечивается при помощи тормо-
жения обрабатываемого колеса. Во втором случае притиры посте-
пенно сближаются и создают необходимое усилие контакта.
Глава XX
Агрегатные станки
§ 1. Основные сведения
Особенностью современного машиностроения является высо-
кая концентрация операций на одном станке, широкое применецие
специальных станков в крупносерийном и массовом производстве.
Однако специальные станки рентабельны лишь при условии зна-
чительной продолжительности их эксплуатации, так как они
являются станками единичного изготовления, трудоемки и дороги.
Средняя себестоимость специальных станков в 10—15 раз выше
себестоимости универсальных станков.
Задача создания специальных станков, которые можно было бы
использовать для обработки различных деталей, было успешно
решена путем создания станков из стандартных и нормализован-
ных деталей и узлов (агрегатов).
Агрегатными станками называют такие специальные станки,
которые изготовлены в основном из стандартных и.нормализован-
ных узлов и деталей с применением небольшого количества специ-
альных (оригинальных) деталей. Агрегатные станки применяют
в серийном и массовом производстве; они являются преимуществен-
но полуавтоматами. На агрегатных станках одновременно обраба-
тывают большим числом инструментов, что позволяет значительно
повысить производительность по сравнению с универсальными
станками (иногда в десятки раз). На агрегатных станках одновре-
менно работает в среднем 5—10 инструментов, а в некоторых слу-
чаях 100 и более.
На современных агрегатных станках практически выполнимы
все виды механической обработки. Обрабатываемая деталь во вре-
мя обработки на агрегатном станке обычно остается неподвижной.
Значительное распространение получили агрегатные станки с мно-
гопозиционными поворотными столами и барабанами для последо-
вательной обработки одновременно нескольких деталей. Снятие
обработанных деталей и установку заготовок на этих станках произ-
водят во время обработки другой заготовки, вследствие чего вспо-
могательное время на таких станках минимально.
509
На агрегатных станках можно одновременно обрабатывать нес-
колько поверхностей, расположенных под разными углами. Обра-
ботка взаимно связанных поверхностей детали за одну установку
большим числом инструментов не только повышает производи-
тельность труда, но и значительно увеличивает точность их вза-
имного расположения. Агрегатные станки обеспечивают получение
3—5-го классов точности обработки, а в ряде случаев и выше.
Эти станки могут обслуживаться операторами невысокой квалифи-
кации.
При работе агрегатных станков независимо от рабочего обес-
печивается взаимозаменяемость обрабатываемых деталей, являю-
щаяся одним из обязательных условий крупносерийного и массово-
го производства. Режущие инструменты на агрегатных станках
работают йа заранее рассчитанных режимах резания, что улуч-
шает эксплуатацию инструментов. В агрегатных станках широко
используют гидравлические, пневматические и электрические
системы привода и управления.
Вследствие применения нормализованных узлов и отдельных
деталей сроки проектирования и изготовления агрегатных станков
значительно сокращаются, а также снижается их стоимость. При-
менение агрегатных станков приводит к значительному сокращению
количества потребных станков и производственных площадей.
Применение нормализованных узлов проверенной конструкции
увеличивает надежность агрегатных станков, удешевляется и упро-
щается ремонт станков вследствие возможности замены вышедших
из строя деталей. Нормализованные узлы значительно облегчают
переналадку станков в случае изменения обрабатываемой детали.
Агрегатный станок при необходимости может быть сравнительно
быстро частично или полностью разобран, а входящие в него нор-
мализованные узлы могут быть использованы для создания другого
станка. Таким образом, агрегатные станки обладают важнейшим
технико-экономическим свойством — обратимостью, т. е. свой-
ством многократного использования нормализованных' элементов
при перекомпоновке. Так как в состав агрегатных станков, кроме
нормализованных узлов, входят специальные узлы, то процесс
компоновки агрегатных станков сочетается с обычным процессом
проектирования некоторых оригинальных узлов.
На рис. XX.1 приведена схема компоновки агрегатного станка
с круглым столом из нормализованных узлов. Основными нормали-
зованными элементами, из которых состоит станок, являются ста-
нина, стол, стойки, кронштейны, силовые головки, инструмен-
тальные насадки и др. Компоновка агрегатных станков зависит
от формы и размеров обрабатываемых на них деталей, располо-
жения обрабатываемых поверхностей, принятого технологического
процесса и других факторов. На рис. XX.2 приведены схемы неко-
торых компоновок агрегатных станков.
Недостатки агрегатных станков, компонуемых из нормализо-
ванных узлов: а) меньшая гибкость при переналадке по сравнению
510
Рис. ХХ.1. Схема компоновки агрегатного станка:
1 — станина; 2 — стол; 3 — силовая головка; 4 — кронштейн; 5 — стойка;
6 — промежуточная поднасадка; 7 — многошпиндельная насадка; 8 — одно-
инструментальная насадка; 9 — пульт управления; 10 — электрошкаф; 11 — ось;
12 — башмаки
Рис. XX.2. Разновидности компоновочных схем агрегатных станков
511
с универсальными; б) габариты обычно превышают габариты специ-
ального станка, предназначенного для выполнения тех же работ;
в) в некоторых случаях станки могут применяться только для
обработки деталей, не требующих высокой точности; г) в ряде слу-
чаев имеют меньшую жесткость, чем универсальные или узкоспе-
циальные. Однако преимущества агрегатных станков значительно
компенсируют отмеченные недостатки.
§ 2.	Силовые головки
Одним из основных узлов агрегатного станка является силовая
головка, сообщающая режущему инструменту главное движение,
движение подачи и установочные перемещения. По видам применяе-
мых силовых узлов агрегатные станки делятся на две группы:
станки с силовыми головками с выдвижной пинолью и станки с пе-
ремещаемым корпусом силовой головки или с силовыми столами.
Рис. XX.3. Самодействующая электромеханическая (винтовая) си-
ловая головка
Силовые узлы снабжают шпиндельными коробками или насадками
для закрепления различных режущих инструментов, в зависи-
мости от которых эти узлы получают наименование: сверлильные,
расточные, фрезерные и др.
Приводы подач силовых головок бывают: электромеханические
(кулачковые, винтовые), гидравлические и пневмогидравлические.
Силовые головки, у которых привод подачи полностью располо-
жен в этом же агрегате, называют самодействующими. Если часть
механизмов привода (насос, панель управления и др.) вынесена
за пределы силовой головки, то такие головки называют несамо-
действующими.
Винтовые силовые головки применяются для сверлильных,
расточных2 резьбофрезерных и фрезерных работ. На рис. XX.3
512
приведена самодействующая электромеханическая винтовая сило-
вая головка, а па рис. XX .4 — ее кинематическая схема. Работа
головки осуществляется по циклу: быстрый подвод — рабочая
подача — быстрый отвод.
При быстрых установочных перемещениях головки включаются
реверсируемый электродвигатель 1 и электромагнитная муфта 2.
При этом ходовой винт перемещает гайку 7. Рабочая подача осу-
ществляется от электродвигателя 3 главного движения, приводя-
щего во вращение выходной вал 5. Одновременно через червячную
передачу 2—26, сменные колеса а — Ъ, червячную передачу 1—22
вращение передается гильзе 6, внутри которой закреплена гайка
7. Вращением гайки при неподвижном ходовом винте осуществля-
ется рабочая подача. Усилие подачи, воспринимаемое гайкой,
Рис. XX.4. Кинематическая схема самодействующей винтовой силовой
головки
передается на гильзу и через упорный подшипник на корпус сило-
вой головки. Величина рабочей подачи настраивается сменными
зубчатыми колесами. Усилие подачи силовой головки регулиру-
ется предохранительной фрикционной муфтой 4, которая настраи-
вается на усилие, превышающее на 15% максимальное усилие
подачи головки. Наличие фрикционной муфты позволяет выпол-
нять работу на жестком упоре.
При установке головки в вертикальном или наклонном поло-
жении под углом более 30° к горизонту для уравновешивания веса
головки применяют противовесы.
Электромеханические силовые головки с кулачковым приводом
подачи применяют для выполнения легких сверлильных, резь-
бонарезных и фрезерных работ. Привод подачи осуществляется
плоским или цилиндрическим кулачком. На рис. XX.5 приведена
кинематическая схема самодействующей силовой головки с плос-
ким кулачком Харьковского завода агрегатных станков. Шпин-
дель 1 получает вращение от электродвигателя# через клиноремён-
ную передачу и полый вал 3, соединенный со шпинделем внутрен-
ними шлицами. Подача шпинделя осуществляется от кулачка 4,
получающего вращение от вала 3 через червячную передачу 5—6,
513
сменные зубчатые колеса а — Ь и зубчатые колеса 7—8. Ось ролика
9 связана с пинолью 10. При вращении кулачка пиноль получает
осевое перемещение. Пружина 11 поджимает ролик к кулачку.
Величина рабочей подачи и скорость установочных перемещений
в этой головке обеспечиваются
Рис. XX.5. Кинематическая схема
силовой головки с плоским кулачком
чатыми колесами а — Ъ или сме
профилем кулачка. Силовая го-
ловка имеет устройство (на ри-
сунке не показано), которое в
конце цикла выключает кулач-
ковую муфту 12, и вращение
кулачка прекращается.
Кинематическая схема го-
ловки с барабанным кулачком
приведена на рис. XX.6. В этих
головках подача осуществляет-
ся за счет вращательно-поступа-
тельного движения пиноли 7.
Настройка величины подачи и
скорости вращения шпинделя 2
осуществляется сменными зуб-
эй электродвигателя 3. Головки
с барабанным кулачком применяются для работ более тяжелых,
чем головки с плоским кулачком.
Силовые головки с пневмогидравлическим приводом подачи
находят преимущественное применение при работе одним или
небольшим числом шпинделей, когда не требуется больших усилий
Рис. XX.6. Кинематическая схема силовой головки с барабанным
кулачком
подачи, так как для больших усилий требуются большие пневмо-
цилиндры. В пневмогидравлических системах используются пре-
имущества пневмосистем — большая скорость движений вслед-
ствие высоких скоростей истечения воздуха и положительные
свойства вязкой жидкости — перетекать под постоянным давле-
нием из одной полости в другую. Источником энергии для осущест-
вления движения подачи головки служит сжатый воздух от завод-
ской воздушной сети.
514
Пневмогидравлический привод обеспечивает возможность бес-
ступенчатого регулирования, автоматическое предохранение меха-
низмов от перегрузок и широкую автоматизацию рабочего про-
цесса.
На рис. XX.7 изображена пневмогидравлическая силовая
головка ГС-2. В рабочем цилиндре 1 перемещается пиноль-пор-
шень 2, связанная планкой 3 со скалкой 4. Скалка служит второй
направляющей пиноли. К планке 3 крепятся шпиндельные насадки.
Шпиндель 5 получает вращение от электродвигателя 6 через редук-
тор 7 со сменными зубчатыми колесами. К цилиндру 1 крепится
корпус S, к которому прикреплен другой корпус 9. В корпусах
сделаны кольцевые сферические выточки (камеры). Между корпу-
сами установлена резиновая диафрагма 10, отделяющая масло от
сжатого воздуха.
Пневмогидравлическая схема головки (рис. XX.8) позволяет
осуществлять: быстрый подвод, рабочий ход и быстрый отвод режу-
щего инструмента. Для быстрого подвода сжатый воздух подается
в полость 1 рабочего цилиндра и перемещает поршень 2 влево.
Вместе с поршнем перемещается скалка 3 с переставным упором 4.
Последний отожмет обратный клапан 5 вниз, и масло из полости 6
перетекает в полость 7. Воздух из полости 8 вытесняется через
золотник 9 в атмосферу. Рабочая подача начинается после того,
Как упор 4 сойдет со штока клапана 5. При этом пружина закроет
клапан и перетекание масла через него прекратится. В этом случае
масло направляется в полость 7 через редукционный клапан 10
и дроссель 11. Поршень 2 перемещается справа налево. Вместе
с поршнем перемещается шпиндель 12 и скалка 3. Происходит
быстрый отвод. В конце рабочего хода регулируемый упор 13
откроет шариковый клапан 14 и воздух под давлением поступит
515
в торцовую полость золотника Р, сместит его вниз. При этом откро-
ется доступ воздуху в полость S. Канал 15 в этот момент закрыт
клапаном (на рис. XX.8 не покаран). Масло, вытесняемое из
полости 7, откроет обратный клапан 5 и направится в полость 6
цилиндра. Воздух из полости 7 через золотник 9 уходит в атмо-
сферу. Пиноль со шпинделем переместится в исходное положение.
При повторении цикла клапан откроет воздуху выход через
канал 15. Золотник 9 под действием пружины переместится
вверх, и цикл движений
повторится.
В настоящее время в
промышленности получи-
ли наибольшее распро-
странение силовые голов-
ки с гидравлическими ме-
ханизмами подач. Эти ме-
ханизмы обеспечивают
возможность получения
весьма значительных уси-
лий подач. Величины по-
дач регулируются бессту-
пенчато в широких преде-
лах (7—800 мм/мин). Ма-
лое время холостых ходов,
большая жесткость, про-
стая и надежная защита
от перегрузки, самосмазы-
ваемость деталей привода
обеспечивают высокие эк-
Рис. XX.8. Пневмогидравлическая схема
силовой головки ГС-2
сплуатационные качества
гидравлических силовых
головок.
На рис. ХХ.9 показан внешний вид самодействующей гидравли-
ческой силовой головки. Разрез силовой головки приведен на
рис. XX.10. Шпиндели 1 получают вращение от электродвига-
теля 2 через пару зубчатых колес, центральный приводной вал 3
и шпиндельную коробку 4. От приводного вала вращение пере-
дается также насосному агрегату 5, расположенному в корпусе
силовой головки. Насосный агрегат представляет собой сдвоен-
ный насос, один их которых имеет большую производительность
и низкое давление масла (до 4 кгс/см2, или 39,2 *104 Па), второй
наоборот —- малую производительность и высокое давление (до
60 кгс/см2, или 588,6’104 Па). Первый насос необходим для обеспе-
чения холостых ходов, а второй — для рабочих ходов. При рабо-
чей подаче необходимо иметь большие усилия подачи, а скорость
перемещения небольшую. Распределение подачи масла от одного
или другого насоса в рабочие полости силового цилиндра 6 осуще-
ствляется золотниковой панелью управления 7. Управление гидро-
516
Рис. XX.9. Гидравлическая самодействующая силовая головка
Рис. XX. 10. Гидравлическая силовая головка
517
панелью осуществляется электромагнитом, получающим команду
от конечных выключателей, установленных на направляющей
плите и срабатывающих под действием упоров, установленных
на головке. Силовой цилиндр скреплен с корпусом силовой го-
ловки 8 и перемещается вместе с ней относительно неподвижного
штока 9 с поршнем 10. На самодействующих силовых головках
резервуаром для масла служит корпус силовой головки. Совре-
менные силовые головки работают по полуавтоматическому циклу.
Под циклом движения силового узла понимают определенное соче-
тание установочных перемещений с рабочей подачей. Цикл станка
определяется выполняемыми на нем операциями. В простейшем
случае инструмент быстро подводится к обрабатываемой детали
(не доходя на 2—3 мм во избежание удара), затем получает мед-
ленное движение (рабочую подачу) и после выполнения операции
быстро отводится в исходное положение.
Нашей промышленностью выпускается несколько номеров
головок с различными гидравлическими схемами. Для агрегатных
станков признано наиболее целесообразным дроссельное регули-
рование на входе. Вся гидроаппаратура агрегатных станков ком-
понуется в едином агрегате — гидропанели.
К числу недостатков гидравлических силовых головок сле-
дует отнести сложность гидропанелей, нестабильность подачи при
резко изменяющихся силах резания. Эти головки не позволяют
выполнять резьбонарезные операции.
§ 3.	Шпиндельные коробки и насадки
Шпиндельные коробки и насадки, которыми оснащают сило-
вые головки, представляют собой силовые узлы, в которых распо-
ложены шпиндели, промежуточные валы и зубчатые колеса,
передающие вращение шпинделям от приводного вала. Приме-
нение многопшиндельных коробок позволяет осуществлять одно-
временно обработку многими инструментами, что способствует
значительному повышению производительности этих станков.
Проектирование шпиндельных узлов производится для каждого
конкретного случая. Конструкция этих узлов определяется коли-
чеством и расположением обрабатываемых поверхностей.
Основные размеры корпусов (длина, ширина и высота) и де-
тали, из которых монтируются данные узлы, нормализованы.
Размеры шпинделей определяются крутящим моментом и усилием
подачи. Количество шпинделей в коробке лимитируется макси-
мально допустимым крутящим моментом и осевой силой силового
узла.
Разработка схемы передачи от приводного вала к шпинделям
называется раскаткой. При достаточно высокой степени нормали-
зации корпусных деталей, шпинделей, промежуточных валов,
зубчатых колес, втулок и т. п. проектирование шпиндельных
коробок может быть сведено к разработке раскатки.
518
На рис. ХХ.11 приведена раскатка и сечение четырехшпиндель-
ной коробки. При проектировании шпиндельных коробок необхо-
димо стремиться к минимальному количеству промежуточных
Рис. ХХ.11. Раскатка и сечение четырехшпиндельной коробки:
1 — корпус; 2 — промежуточная плита; з — задняя плита; 4 — передняя крышка}
5 — верхняя крышка
валов и зубчатых колес. Передаточное отношение передач должно
находиться в пределах 2,5>г>-й-. Поэтому в кинематических
и
схемах шпиндельных коробок имеются зубчатые колеса,-находя-
Рис. XX.12. Насадка для фрезерного станка
щиеся одновременно в зацеплении с несколькими колесами. Ось
вала паразитного колеса не следует располагать в одной плоскости
с осями ведущего и ведомого валов, во избежание максимального
519
усилия на нем. Зубчатые колеса желательно располагать между
опорами валов. Расстояния между центрами промежуточных валов
должно выдерживаться с допуском порядка ±0,01 мм. Располо-
жение шпинделей и промежуточных валов нередко приводит
к таким расстояниям между центрами, которые не обеспечиваются
применением зубчатых колес нормального зацепления (не обес-
печивается требуемый радиальный зазор). В таких случаях при-
меняют корригированные зубчатые колеса. Не рекомендуется
использовать рабочие шпиндели в качестве валов, приводящих
во вращение группу других шпинделей. В опорах шпинделей чаще
всего используют конические роликовые подшипники для вос-
приятия радиальной и осевой нагрузок.
Шпиндельные коробки применяются на силовых головках
с подвижным корпусом. В силовых головках с выдвижной пи-
нолью применяют шпиндельные коробки, называемые насадками.
На рис. XX.12 приведена одношпиндельная насадка для фрезер-
ных работ. Насадка прикрепляется к фланцу гильзы болтами 1
и для повышения жесткости поддерживается двумя штангами <?,
прикрепленными к корпусу головки. Расположение шпинделей 3
определяется характером выполняемых работ.
§ 4.	Переналаживаемые агрегатные станки
Необходимость частой переналадки оборудования является
одним из основных препятствий, затрудняющих перенос многих
Рис. XX. 13. Регулируемые базовые
узлы агрегатных станков
прогрессивных методов обра-
ботки и видов оборудования
из массового производства в
серийное. При этом чем про-
изводительнее оборудование,
тем выше требуемая частота
переналадки и тем труднее
снизить затраты времени на
ее осуществление. Указанные
трудности являются общими
для всех видов оборудования,
но применительно к агрегат-
ным станкам они проявляют-
ся с особой силой. Между
тем, даже в странах, достиг-
ших высокого уровня про-
мышленного развития,серий-
ное и мелкосерийное произ-
водство по своему объему не
только не уступает массово-
му, но, как правило, суще-
ственно превосходит его. Поэтому в мелкосерийном и серий-
ном производствах находят применение быстропереналаживае-
520
мне агрегатные станки. Выбор рациональной компоновки и
конструкции переналаживаемого агрегатного станка определяет-
ся величиной серии обрабатываемых деталей, характером пере-
Рис. XX. 14. Устройство для регулирования поло-
жения силовой головки по высоте
наладки, быстротой переналадки в заданных условиях, количе-
ством и стоимостью сменной специальной оснастки, характером
и длительностью технологических переходов, количеством и разно-
видностью требуемых режущих инструментов, требуемой точно-
стью обработки и др.
В конструкции переналажи-
ваемых агрегатных станков за-
ложены возможности сравни-
тельно легко изменять скорость
резания, величины рабочих и
установочных перемещений си-
ловых головок. В них преду-
смотрены устройства для изме-
нения положения силовых го-
ловок относительно обрабаты-
ваемой детали или изменения
угла поворота многопозицион-
ного стола при последователь-
ной обработке поверхностей де-
тали.
На рис. XX.13, а—г приве-
дены регулируемые базовые
узлы агрегатных станков, по-
зволяющие быстро изменять по-
Рис. XX. 15. Шпиндельная коробка
с изменяемыми расстояниями между
шпинделями
ложение силовых головок отно-
сительно приспособлений. Пер-
вый узел позволяет регулиро-
вать положение головки вдоль
оси, второй, кроме регулирования вдоль оси, позволяет изменять
положение оси шпинделя по высоте. Третий узел обеспечивает
регулирование положения вертикальных силовых головок в вер-
тикальном и горизонтальном направлениях. Четвертый узел по-
зволяет устанавливать одновременно горизонтальную и верти-
кальную головки и регулировать их положение.
521
Установка оси шпинделя по высоте относительно приспособле-
ния может быть произведена с помощью регулирующего устрой-
ства, показанного на рис. XX.14. Верхняя плита 7, на которой
крепится силовая головка, удерживается от продольного пере-
мещения пальцами2, Перемещение плиты столовкой в вертикаль-
ном направлении осуществляется двумя клиньями 5, соединен-
ными планкой 4. При вращении винта 5 клинья перемещаются
на промежуточной плите 6.
Быстрое изменение частоты вращения шпинделей наиболее
часто обеспечивается посредством сменных зубчатых колес. Для
этой цели в корпусе силовой головки предусматриваются специ-
альные окна, обеспечивающие свободный доступ к колесам. Спо-
соб крепления колес должен быть простой и надежный.
Переналадка агрегатного станка для получения требуемых
величин рабочих подач и быстрых перемещений осуществляется
с помощью копиров, упоров, концевых выключателей или путе-
вых гидравлических переключателей. Для изменения расстояния
между шпинделями при переходе на обработку другой детали часто
применяют коробки с раздвижными шпинделями (рис. XX.15).
Положение шпинделей фиксируется кронштейнами, которые кре-
пятся на кольцевом основании. Вращение на шпиндели передается
телескопическими валами. Недостаток приведенной конструкции
в ее малой жесткости. Кроме того, не исключена возможность
самопроизвольного изменения установленного межосевого рас-
стояния шпинделей.
Глава XXI
Автоматические станочные линии
§ 1. Общие сведения
Автоматизация производства является средством повышения
производительности труда, улучшения условий труда, поднятия
материального и культурного уровня трудящихся. Если механи-
зация только облегчает труд человека, но не освобождает его от
участия в процессе труда, то автоматизация производства осво-
бождает рабочего от тяжелого и однообразного физического труда,
оставляя за рабочим лишь функции наладки машин и контроля за
их работой. В современном машиностроении широко применяют
различные полуавтоматические и автоматические станки. Даль-
нейшим этапом развития автоматизации в машиностроении яви-
лось создание автоматических станочных линий и на их базе
создание автоматических цехов и заводов.
Автоматической линией называют группу станков, выполняю-
щих автоматически, в определенной технологической последова-
тельности цикл операций по обработке детали. Станки связаны
автоматическим устройством для транспортирования деталей.
Обработка, зажим и освобождение детали, передача ее с одной ра-
бочей позиции на другую осуществляются без участия человека.
Автоматические линии обладают следующими преимущест-
вами: облегчают условия труда и резко увеличивают производи-
тельность, сокращают производственные площади, сокращают
вспомогательные транспортные средства, сокращают продолжи-
тельность производственного цикла, уменьшают объем незавер-
шенного производства, обеспечивают строгий производственный
ритм в работе, что ускоряет оборачиваемость оборотных средств
предприятия и снижает себестоимость продукции и др. На автома-
тических линиях можно применять наиболее прогрессивную тех-
нологию.
Автоматическим линиям присущи и некоторые недостатки,
к числу которых относятся: трудоемкость переналадки линии
на другую деталь или на другой технологический процесс; сниже-
ние коэффициента использования станков из-за простоев, вызван-
523
ных неполадками на одном из станков или в другом оборудовании;
для обслуживания автоматических линий требуется персонал
высокой квалификации; к заготовкам предъявляются более высо-
кие требования в отношении стабильности размеров и однородности
материала; повышенные первоначальные затраты на освоение
новой линии.
Первая в СССР автоматическая станочная линия была создана
в 1939 г. на Сталинградском тракторном заводе по предложению
рабочего Й. П. Иночкина. В 1940 г. на 1ГПЗ была построена
автоматическая линия для обработки роликов подшипников.
В это же время на Горьковском автомобильном заводе была вве-
дена в эксплуатацию линия для шлифования поршневых пальцев,
а также ряд других автоматических линий. В 1956 г. на 1ГПЗ
введен в эксплуатацию автоматический цех по производству шари-
ковых и роликовых подшипников. В 1950 г. в Советском Союзе
сдан в эксплуатацию автоматический завод по производству авто-
мобильных поршней. Технологический процесс изготовления порш-
ней на автоматическом заводе охватывает все операции, начиная
от загрузки чухйек в плавильные печи до консервации и упаковки
в коробки готовых поршней.
В СССР создан ряд специализированных заводов по произ-
водству автоматических линий. За период 1959—1965 гг. выпу-
щено 1374 автоматических линий, а за 1966—1970 гг. было со-
здано 1800 линий. В девятой пятилетке выпуск автоматических
и полуавтоматических линий для машиностроения возрастет более
чем в 2 раза.
§ 2. Классификация автоматических линий
Автоматические линии строя г весьма разнообразными по
структуре и конструктивному оформлению. Основное влияние
на тип автоматической линии оказывают форма и габариты обраба-
тываемой детали, а также технологический процесс ее обработки.
Эти два фактора определяют выбор станков для автоматической
линии, зажимных и транспортных устройств.
По виду обрабатываемых деталей различают линии: 1) для кор-
пусных деталей; 2) для деталей в виде валов; 3) для деталей в форме
дисков (зубчатые колеса и др.); 4) для колец подшипников каче-
ния; 5) для мелких деталей (роликов, штифтов, винтов и др.).
Имеется ряд конструкций автоматических линий для обработки
специальных деталей, как, например, лопаток газовых турбин
и компрессоров и др.
В зависимости от типа применяемых станков автоматические
станочные линии подразделяют на линии из универсальных стан-
ков, автоматов и полуавтоматов общего назначения, станков, спе-
циально построенных для данной линии, и линии из агрегатных
станков. Важнейшим требованием к станкам, как и другому обору-
дованию автоматической линии, является высокая надежность
524
их работы. Эффективны и широко распространены линии, состоя-
щие из агрегатных станков.
По характеру обработки различают линии с последователь-
ной, параллельной и параллельно-последовательной обработкой.
Чаще всего встречаются линии с последовательной обработкой
(рис. XX 1.1, а), где каждая заготовка обрабатывается последова-
тельно на всех станках линии. Этот вид обработки применяется
чаще всего для корпусных деталей.
При параллельной обработке (рис. XXI.1, б) все станки снаб-
жаются заготовками из общего загрузочного устройства, а обра-
ботанные детали собираются в один бункер. Каждая деталь при
этом обрабатывается на одном из однотипных станков.
Рис. XXI. 1. Схемы обработки на автоматических линиях:
а — последовательная обработка; б — параллельная обработка;
в — параллельно-последовательная обработка; I, II, III, IV,
V — типы станков
При параллельно-последовательном цикле (рис. XXI.1, в)
заготовки обрабатываются на станках I и II, далее поток разде-
ляется между двумя станками III, а затем перед станком IV
снова объединяется. Такая компоновка применяется, когда про-
должительность какой-либо операции значительно превышает
продолжительность остальных операций.
По расположению оборудования различают незамкнутые
(рис. XXI.2, 'а) и замкнутые (рис. ХХ1.2,б, в) автоматические ли-
нии. Замкнутые линии бывают круговые и прямоугольные. Круго-
вые линии применяют при небольшом числе рабочих позиций,
с использованием поворотного стола или барабана. Такие линии
иногда называют станками-комбайнами. Загрузка заготовок и сня-
тие готовых деталей с замкнутой линии производятся в одном рабо-
чем месте (рис. XXI.2, б, в), что является преимуществом линии
этого вида. С другой стороны, доступ к оборудованию для его
обслуживания может быть затруднен.
525
Большинство автоматических линий имеет незамкнутое рас-
положение оборудования — прямолинейное, Г-образное, П-образ-
ное, Ш-образное и др. Прямолинейное расположение допускает
обработку детали (корпусного типа) с двух сторон, а для обра-
ботки ее со всех сторон в линии должно быть предусмотрено
устройство для поворота детали. Прямолинейное расположение
Рис. XXL2. Круговые автоматические линии:
а — прямолинейная; б — барабанная; в — кольцевая
оборудования обеспечивает удобный доступ к нему. Расположе-
ние Г-образное обладает теми же свойствами, но позволяет вести
обработку детали со всех сторон без введения специального пово-
ротного устройства. Если располагаемая длина цеха меньше
длины линии, то ее направляют в обратную сторону — получа-
ется П-образное расположение. Такое расположение применяется
для двухпоточных линий, а Ш-образное —• для трехпоточных.
а)
Рис. XXI.3. Схемы транспортирования заготовок

По методу транспортирования заготовок различают линии
со сквозным и линии с вынесенным транспортером. При сквозном
транспортировании (рис. XXL3, а) заготовка проходит непосред-
ственно через рабочие зоны станков. В линиях с вынесенным тран-
спортером (рис. XXI.3, б) транспортирующее устройство распола-
гается сбоку или сверху станков и путь заготовки складывается
из продольного перемещения от одного станка к другому и попе-
речного перемещения с транспортера в рабочую зону и обратно.
526
В линиях для обработки неподвижных деталей, как правило,
применяют сквозные транспортеры. При этом наибольшее рас-
пространение получили шаговые транспортеры (рис. XXI.4).
В штанговых транспортерах (рис. XXI.4, а} штанга 1 совершает
возвратно-поступательное перемещение. На штанге установлены
собачки 2, которые под действием пружин 4 занимают исходное
(верхнее) положение, ограничиваемое упорами 5. При ходе штанги
вправо детали 3 перемещаются собачками. При движении штанги
влево собачка прижимается деталями. Схема транспортера с от-
кидными флажками показана на рис. XX 1.4, б. Для захвата де-
тали 3 штанга 1 с флажками 2 поворачивается на некоторый
Рис. XX 1.4. Схемы транспортеров
угол. После этого штанга перемещается вправо, перемещая де-
тали. Затем штанга поворачивается в исходное положение и воз-
вращается назад. На рис. XXI.4, в приведена схема грейферного
транспортера. Штанга 1 совершает поочередно два возвратно-по-
ступательных движения в перпендикулярных направлениях,
перемещая детали 3 жестко укрепленными флажками 2. Рейнер-
ный транспортер представлен на рис. XXI.4, г. Он осуществляет
захват заготовки 3 при помощи шарнирного рычажного механизма
2 и перемещает на шаг посредством штанги 1. Толкающий тран-
спортер приведен на рис. XXI.4, б, а цепной — на рис. XXI.4, е.
В автоматических линиях применяется и ряд других транспорти-
рующих устройств.
Современная автоматическая станочная линия представляет
собой сложную систему, состоящую из станков, транспортеров,
различного рода приспособлений и устройств для зажима, конт-
527
роля и др. В связи с этим возникает задача, как скомпоновать
оборудование, чтобы временные вынужденные остановки отдель-
ных агрегатов не оказывали существенного влияния на работу
всей автоматической линии. Одним из путей решения этой задачи
является деление всей линии на секции, между которыми устанав-
ливаются накопители заделов (бункеры). При выходе из строя
одной из секций остальные участки продолжают работать, попол-
няясь заготовками из бункеров.
По наличию бункерных устройств различают три типа линий
(рис. XXI.5).
1.	Безбункерные автоматические линии (рис. XXI.5, а) при-
меняют для обработки деталей, которые проходят всю линию,
перемещаясь общим для всей линии транспортером, последова-
тельно с одной позиции (станка) на другую. Недостатком этого
Рис. XX 1.5. Схемы компоновки автоматических линий:
а — безбункерная; б — с гибкой связью; в — линия, расчлененная на
участки; 1 — станки; 2 — накопители
типа линий является то, что вынужденная остановка одного станка
(затупление или поломка инструмента и т. п.) вызывает остановку
всей линии. Иногда эти линии называют жестко связанными, или
сблокированными. Такие линии целесообразно применять для круп-
ных деталей, когда затруднительно устанавливать промежуточ-
ные накопители <
2.	Автоматическая линия с накопителями запасов (рис. ХХ1.5,б)
в отличие от первого типа линии имеет накопители 2 после каж-
дого станка. Если выбывает из строя какой-либо станок, впереди
стоящие станки продолжают работу, увеличивая запас деталей
в бункерах. Станки, расположенные позади остановившегося
станка также продолжают работать, питаясь полуфабрикатами
из бункеров^ Линии такого типа называют расчлененными на само-
стоятельные агрегаты.
3.	Бункерная линия с разбивкой на отдельные участки. На
рис. XXI.5, в приведена линия, состоящая из трех участков,
между которыми установлены накопители 2. Такие линии называют
расчлененными на участки.
528
§ 3.	Примеры автоматических линий
На рис. XX 1.6 приведена схема участка автоматической линии
из агрегатных станков для обработки корпусных деталей. Линия
спроектирована ЭНИМСом и построена заводом «Станкоконструк-
ция». Заготовка с обработанными базовыми поверхностями и от-
верстиями под фиксирующие штифты поступает на загрузочную
позицию. Подача заготовки на первую рабочую позицию, а также
перемещение ее с одной позиции на другую осуществляются штан-
говым транспортером с собачками (см. рис. XXI.4, а). Заготовка
перемещается по направляющим планкам. Привод транспортера
гидравлический. Средняя скорость перемещения заготовки
6 м/мин. Чтобы избежать перебегов заготовками мест их фикса-
ции в конце хода транспортера вперед, предусмотрено замедление
его движения посредством дросселя, управляемого специальным
кулачком. Во время обработки заготовки 1 во всех позициях
остаются неподвижными (рис. XXI.7). Они фиксируются на рабо-
чих позициях фиксаторами 3 и закрепляются гидрозажимами 2,
Обработка ведется одновременно на всех позициях с двух сторон.
Образующаяся при обработке стружка ссыпается сквозь люки
в коробчатых корпусах приспособлений на отводные лотки и с них
в ящики, стоящие возле каждого станка. Линия работает по сле-
дующему циклу:
1.	Подача заготовки транспортером в исходное положение.
2.	Предварительное поджатие, введение фиксаторов и закреп-
ление.
3.	Быстрый подвод силовых головок.
4.	Обработка на всех позициях (при этом осуществляется об-
ратный ход транспортера).
5.	Быстрый отвод силовых головок.
6.	Раскрепление заготовок и выведение фиксирующих штиф-
тов.
Управление линии электрическое, по системе путевого конт-
роля. В схеме управления предусмотрена возможность работы
на трех режимах — автоматическом, полуавтоматическом и нала-
дочном.
На рис. XX 1.8 приведен внешний вид автоматической линии
из агрегатных станков.
Автоматическая линия для обработки зубчатых колес
(рис. XXI.9). В случаях, когда необходимо вести обработку одно-
типных деталей нескольких размеров определенными сериями,
целесообразно применять автоматические линии с переналажива-
емыми станками. Примером такой линии и является линия, спро-
ектированная и построенная ЭНИМСом для обработки десяти типов
одновенцовых цилиндрических зубчатых колес диаметром от 80
до 320 мм с модулем 1,5—2 мм. Производительность линии 120 тыс.
зубчатых колес в год. Линия состоит из восьми переналаживаемых
станков. Переналаживаемые станки сочетают в себе возможность
529
Рис. XXI.6. Участок автоматической линии для обработки корпусных деталей:
II—XVI — позиции станков
переналадки, присущую универсальным станкам, и легкость встраи-
вания в автоматические линии, что присуще агрегатным станкам.
Эти станки с успехом используются в автоматических линиях,
Рис. XX 1.7. Схема фик-
сации и зажима заготов-
ки на автоматической
линии
а в случае необходимости без какой-либо переделки могут исполь-
зоваться в обычном, неавтоматизированном производстве. Для пере-
наладки данной линии требуется до 4 ч 30 мин работы трех налад-
чиков.
Рис. XXI.8. Линия из агрегатных станков
Для обработки на линию поступают штампованные заготовки
с прошитым отверстием. В начале линии расположено загрузочное
устройство, из которого заготовки поступают на транспортер.
Продольный транспортер штанговый (с собачками), проходит вне
рабочей зоны — перед станками на уровне загрузки. Штанга тран-
спортера получает возвратно-поступательное перемещение от гидро-
цилиндра.
531
На рис. XXL9, б приведена схема технологического процесса,
реализуемого на линии. На первом вертикальном многорезцовом
токарном автомате производится черновая обточка заготовки
с одной стороны и черновое зенкерование отверстия. На втором
таком же автомате заготовка обрабатывается с другой стороны.
Третья операция — протягивание шлицевого отверстия — выпол-
няется на вертикально-протяжном станке. На последующих стан-
ках заготовка устанавливается на шлицевых оправках, что обес-
печивает концентричность обрабатываемых поверхностей. Чет-
вертая операция — чистовая обработка наружной цилиндриче-
ской поверхности и подрезка торца — производится на вертикаль-
ном многорезцовом станке. После четвертой позиции установлен
Рис. XX 1.9. Автоматическая линия для обработки зубчатых колес:
а — общий вид линии; б — технологический процесс обработки
накопитель запаса, который питает рва зубофрезерных станка,
работающих параллельно. Необходимость установки двух зубо-
фрезерных станков вызвана тем, что продолжительность цикла
зубонарезания значительно превышает продолжительность циклов
на других станках. Перед зубофрезерными станками поток заго-
товок разветвляется, а после этих станков происходит его слияние.
После зубофрезерования заготовки поступают на зубозакругляю-
щий автомат, а затем на зубошевинговальный. Заусенцы на тор-
цах зубчатого венца снимают вне линии на специальном полу-
автомате, обслуживающем и другие неавтоматизированные участки
цеха зубчатых колес. Промежуточный контроль зубчатых колес
на отдельных позициях осуществляется наладчиками выборочно
на приборах, находящихся вне линии. В начале и в конце линии
предусмотрена автоматическая загрузка и разгрузка линии с по-
мощью автоматических манипуляторов и магазинных бункеров.
Внедрение рассмотренной линии позволило более чем в 3 раза
сократить количество рабочих и в 1,5 раза снизить стоимость обра-
ботки.
532
Роторные автоматические линии. Роторными автоматическими
линиями (рис. XXI.10) называют линии, состоящие из так называ-
емых роторных операционных рабочих машин 4, расположенных
в определенной технологической последовательности, соединенных
между собой транспортными роторами 2 и связанных кинематически
одним приводом. Заготовки поступают по лотку 7, а готовые де-
тали попадают в лоток 3.
Основное отличие роторных линий от других автоматических
линий заключается в том, что обработка ведется в процессе не-
прерывного транспортирования заготовки и инструмента.
Роторная машина (операционный рабочий ротор) представляет
собой группу рабочих инструментов, расположенных по окруж-
ности (на общем барабане) и совершающих непрерывное враща-
тельное движение, в процессе которого каждый инструмент полу-
чает посредством ползунов рабочее движение по заданному закону.
Закон движения обеспечивается соответствующим профилем подаю-
щих копиров.
В настоящее время на роторных линиях хорошо освоены все-
возможные процессы обработки давлением (штамповка, высадка
и т. п.), термические, окрасочные, сборочные процессы, а также
контрольные операции. Ведутся работы по применению на ротор-
ных линиях процессов обработки материалов резанием.
§ 4. Ориентировочный расчет производительности
автоматической линии
Производственная программа Р автоматической линии задается
в штуках в год. Кроме того, задается выпуск деталей в час. Послед-
ним подчеркивается необходимость равномерного выпуска про-
дукции. При проектировании автоматической линии необходимо
стремиться, чтобы заданная программа выполнялась на наимень-
шем количестве оборудования, имеющего минимальную стоимость
при максимальной производительности линии, а также при наи-
более благоприятных условиях обслуживания линии.
Фактическое годовое число часов работы линии в одну смену
F$ определяют, исходя из номинального годового количества
533
часов Fu, с учетом времени пребывания оборудования в капиталь-
ном ремонте, которое учитывается коэффициентом цКр == 0,93ч-0,96:
^Ф = ^нПкр.	(XXI.1)
Периодические осмотры, проверки, текущие и средние ремонты
при расчете не учитываются, так как они должны проводиться
в нерабочие дни и свободные смены. При работе линии в п смен
действительный фонд времени
= ^н^Икр»	(XXI.2)
Для переналаживаемых линий этот фонд времени должен быть
уменьшен на время, затрачиваемое на переналадки в течение года:
Ръ. пер = ^н^Лкр ^пер*#,	(XX 1.3)
где /\i.nep — фактический фонд времени переналаживаемой линии;
Fnep — продолжительность одной переналадки в ч; а — количе-
ство переналадок в год.
Время переналадки не должно превышать 10—12% от Fn.
Производительность линии в час определяют по формуле
(? = ^ шт/ч.	(XXI.4)
С другой стороны, производительность может быть выражена:
а) для однопоточной линии
С = уПэ шт/ч;	(XXI.5)
б) для многопоточной линии
~	60 ,	.
<?/ = уг/Пэ шт/ч,
(XXI.6)
где Т — расчетный такт линии в мин; / — количество потоков;
т)э — эксплуатационный коэффициент.
Из последних выражений определяют такт цикла:
а)	для однопоточной линии
г = Пэ = 60Гн-^крТ)э мин;
б)	для многопоточной линии
60FHn/T)KpT]3
1 f =-----р---- мин.
(XXI.7)
(XXI.8)
Для предварительного определения продолжительности такта
линии принимают цэ = 0,7-ь0,8. По предварительному значению
длительности такта Т определяют максимально допустимую про-
должительность цикла Уцшах отдельных станков:
Тц max = (Т — ^вн) МИН,	(XXI.9)
534
где £BH — продолжительность внецикловых несовмещенных опера-
ций в мин (освобождение детали, продолжительность работы тран-
спортера, фиксация, время работы автооператора и др.).
При ориентировочных расчетах можно принимать для штанго-
вых транспортеров £вн =» 0,2 ч-0,5 мин, для автоматических пере-
гружателей /вн = 0,05-4-0,1 мин.
При расчете оборудования линий необходимо иметь в виду, что
Тц max =
где t0 — основное технологическое время в мин; tB — вспомога-
тельное (несовмещенное) время в мин.
Тогда, используя выражение (XXI.9), можно записать
Т = tQ + tB + ZBH.	(XXL 10)
Если значение Тцтах не обеспечивает получение Т по формуле
(XXL7), это значит, что на однопоточной линии,нельзя получить
заданную производительность. Тогда применяют многопоточную
линию. В этом случае количество потоков / определяют по фор-
муле (XXI.6). Если линия разделена на самостоятельные участки
или станки и один из них лимитирует выпуск всей линии, то повы-
шение производительности может быть обеспечено ужесточением
режимов обработки на этом участке (станке) или созданием заде-
лов, компенсирующих разницу в темпах работы отдельных участ-
ков линии.
Продолжительность обработки То детали на линии определяют
по следующей зависимости:
max2?
где z — число позиций в линии.
В ориентировочном расчете линии принимают приблизитель-
ные значения Т, Гцтах и цэ- Окончательные значения этих вели-
чин определяют после предварительной компоновки линии.
Глава XXII
Станки для абразивной обработки
Станки, работающие абразивным инструментом, относятся
к третьей группе по классификации ЭНИМСа (за исключением
зубо- и резьбошлифовальных станков, которые относятся к пятой
группе) и включают в себя круглошлифовальные станки для наруж-
ного и внутреннего шлифования, бесцентрово-шлифовальные,
плоскошлифовальные, специализированные шлифовальные станки,
станки для заточки режущего инструмента, притирочные, полиро-
вальные и другие.
Станки для абразивной обработки занимают исключительно
важное место в современном машиностроении и предназначаются
главным образом для чистовых и отделочных операций. На стан-
ках этой группы выполняют также и предварительную (черновую)
обработку, как, например, обдирку, очистку заготовок, разрезку
материала, заточку инструментов и др. Одним из достоинств шли-
фовальных станков является обработка деталей высокой твердости,
которые не поддаются обработке другими режущими инструмен-
тами.
На современных шлифовальных станках довольно широко при-
меняются гидроприводы, особенно для прямолинейных пере-
мещений рабочих органов. Гидроприводы в сочетании с электро-
механическими устройствами позволяют автоматизировать про-
цесс шлифования.
Шлифовальные станки подразделяются на разновидности в за-
висимости от видов обработки (см. гл. X).
§ 1. Круглошлифовальные станки
Круглошлифовальные станки для наружного шлифования
бывают простые (неуниверсальные), универсальные, врезные и спе-
циальные. На простых шлифовальных станках можно шлифовать
цилиндрические поверхности и конические (пологие конуса) с углом
наклона не больше 6° за счет поворота стола (рис. XXII.1, а).
Универсальные круглошлифовальные станки отличаются от не-
универсальных тем, что они имеют поворотные бабки детали или
536
круга, позволяющие вести обработку как цилиндрических, так
и конических поверхностей с большим углом конусности
(рис. XXII.1, в, г). На некоторых универсальных круглошлифо-
вальных станках имеются дополнительные бабки для шлифования
отверстий. Основной характеристикой круглошлифовальных стан-
ков является наибольший диаметр и длина шлифуемой детали.
Количество типоразмеров круглошлифовальных станков, выпускае-
мых отечественной станкостроительной промышленностью, исчис-
ляется несколькими десятками, в зависимости от размеров обраба-
тываемых деталей, степени универсальности, автоматизации,
точности обработки и др. Например, ЗА110П, ЗА110, ЗБ12,
3A130, 3140,. ЗА150, ЗБ151, ЗА161, ЗА164 и др.
В)	г)
Рис. XXI 1.1. Схемы обработки на круглошлифовальных
станках:
а, б — простых; в, г — универсальных
Современные шлифовальные станки работают по полуавтомати-
ческому или автоматическому циклу и используются в условиях
массового, серийного и единичного производства.
Круглошлифовальный станок ЗБ151. Станок предназначен для
наружного шлифования цилиндрических и пологих конических
поверхностей; наибольший диаметр шлифования 200 мм, наиболь-
шее расстояние между центрами 700 мм. На станке можно вести
обработку тремя способами:
1.	Способом продольной подачи, при котором за каждый оборот
шлифуемой детали последней сообщается продольное перемещение
на величину, составляющую 0,25—0,7 ширины шлифовального
круга. В конце каждого хода или за один двойной ход стола шли-
фовальной бабке сообщается поперечная подача. Этот способ обес-
печивает наивысшую точность обработки и применяется для обра-
ботки поверхностей вращения с прямолинейной образующей.
537
2.	Способом врезания шлифующего круга в заготовку при от-
сутствии продольной подачи. При этом ширина круга должна быть
больше длины шлифуемого участка. Данный способ характеризу-
ется высокой производительностью. Этим способом можно шлифо-
вать цилиндрические, конические и фасонные поверхности враще-
ния.
Рис. XXI 1.2. Гидрокинематическая схема круглошлифовального
станка ЗБ151
3.	Способом глубинного шлифования (см. рис. Х.З), при кото-
ром шлифующий круг, имеющий коническую заборную часть, уста-
навливают на полную глубину шлифования (величину припуска).
Данный способ применяется для шлифования жестких валов, не
требующих высокой точности обработки.
Гидрокинематическая схема станка приведена на рис. XXII.2.
Шлифующий круг, закрепленный на шпинделе шлифовальной
бабки 7, приводится во вращение от электродвигателя Мг через
клиноременную передачу со сменными шкивами и делает 1112 или
1272 об/мин. При врезном шлифовании для снижения шерохова-
538
тости обработанной поверхности шпинделю шлифующего круга
может быть сообщено осевое (осциллирующее) движение при
помощи червячной передачи и рычажного механизма 2. Частота
колебаний — 40 колебаний в минуту (0,66 Гц) с амплитудой
до 3,4 мм. Включение и выключение осциллирующего движения
осуществляется рукояткой 3 или цилиндром 4.
Обрабатываемая деталь закрепляется в неподвижных центрах
передней 5 и задней 6 бабок, установленных на поворотной плите
стола 7, и получает вращательное движение от электродвигателя
М2 постоянного тока через клиноременную передачу и поводко-
вый патрон. Частоты вращения заготовки изменяются в пределах
63—400 об/мин. Применение неподвижных центров способствует
повышению точности обработки.
Продольное перемещение стола с заготовкой осуществляется
вручную или от гидропривода. Включение и отключение гидравли-
ческой или ручной подачи стола производится рукояткой 8
(рис. XXII.2). При отключенной гидравлической подаче (рукоятка
8 оттянута на себя) масло от насоса 9 сливается в резервуар 10.
При этом в цилиндре 11 давления масла не будет и посредством
пружины будет включена муфта 12. Так как давления в магистрали
нет, то поршень цилиндра 19 под действием пружины сместится
влево и соединит правую и левую полости силового цилиндра 14.
При вращении маховика 13 движение будет передаваться рееч-
ному колесу z == 10 и рейке, прикрепленной к столу 7. При пере-
мещении рукоятки 8 от себя (как показано на схеме) выход маслу
будет закрыт (включается гидравлическая подача), давление масла
в магистрали возрастет. При этом поршень цилиндра 11 переме-
стится вверх и через рычажную систему отключит муфту 12.
Ручная подача будет отключена. Гидравлическая подача стола
осуществляется силовым цилиндром 14, внутри которого пере-
мещается поршень. Последний связан штоком со столом. При по-
мощи гидропанели с золотником управления 15 и золотником 16
реверса масло под давлением направляется либо в правую, либо
в левую полости цилиндра. При этом противоположные полости
цилиндра соединяются со сливом. При подаче масла от насоса под
давлением, например, в левую полость цилиндра 14 (как показано
на схеме) поршень со столом будут перемещаться вправо. Из пра-
вой полости масло сливается в резервуар. При движении стола
вправо левый упор Z7 повернет рычаг 7S, а последний сдвинет
влево золотник 15. Левая полость золотника 16 соединится со сли-
вом. К правому торцу его начнет поступать масло под давлением,
которое передвинет золотник 16 влево, при этом левая полость
цилиндра соединится со сливом. Тогда масло от насоса будет
поступать через правую выточку золотника 16 в правую полость
цилиндра 14 и стол будет перемещаться влево. При этом правый
упор 17 повернет рычаг 18 и снова произойдет реверс стола.
Поперечная подача (радиальное врезание) шлифующего круга
может быть ручной — от маховика 27 и гидравлической — от гид-
539
роцилиндра 20. В момент реверса стола поршень золотника 21
перемещается из одного крайнего положения в другое и соединяет
левую полость цилиндра 20 либо со сливом, либо с магистралью
под давлением. При подаче масла под давлением в цилиндр 20
поршень, перемещаясь вправо, через рычажно-храповой механизм
поворачивает гайку, смонтированную в корпусе шлифовальной
бабки, и перемещает последнюю. Винт вращаться не может. Вели-
чина перемещения настраивается числом захватываемых зубьев
собачкой. Возврат поршня (и собачки) осуществляется пружиной.
При открытых кранах 22 шлифовальной бабке сообщается периоди-
ческая подача за каждый ход стола. При открытом одном кране
бабка получает подачу за один двойной ход стола. Для отключе-
ния поперечной подачи шлифовальной бабки необходимо закрыть
оба крана. Последние управляются одной рукояткой.
Быстрый отвод шлифовальной бабки производится посредством
гидроцилиндра 23, поршень которого связан с винтом поперечной
подачи. При перемещении поршня винт перемещается вдоль своей
оси вместе с гайкой, которая связана со шлифовальной бабкой.
Масло для перемещения поршня поступает в соответствующую
полость цилиндра 23 от насоса через золотник 24, который управ-
ляется вручную.
Кроме рассмотренных движений, на станке имеется ряд уст-
ройств, обеспечивающих выполнение вспомогательных движений,
как, например, отвод пиноли задней бабки цилиндром 25, выбор
люфта цилиндром 26 и др.
§ 2. Внутришлифовальные станки
Внутришлифовальные станки предназначены для шлифования
цилиндрических и конических отверстий. Основным размером,
характеризующим внутришлифовальный станок, является наи-
больший возможный диаметр шлифования. По характеру круго-
вой подачи (вращение обрабатываемой детали) внутришлифоваль-
ные станки бывают обычные (простые) и планетарные. Первые при-
меняются для шлифования отверстий в деталях средних размеров
(во втулках, гильзах, зубчатых колесах и т. п.), которые удобно
закреплять в патроне станка. Такие станки получили наибольшее
распространение в промышленности и иногда называются патрон-
ными (см. рис. Х.4, а). В качестве примера станков этой группы
можно привести модели 3225, ЗА227, ЗА228, ЗА229 и др. Для шли-
фования отверстий в тяжелых деталях, а также в деталях несим-
метричной формы применяются планетарные внутришлифоваль-
ные станки (см. рис. Х.4, б).
Универсальный внутришлифовальный станок ЗА228 предназна-
чен для шлифования цилиндрических и конических отверстий,
сквозных и глухих. Наибольший диаметр шлифуемого отверстия
200 мм, наибольшая длина шлифования 200 мм,
540
Кинематическая схема станка ЗА228 приведена на рис. ХХП.З.
Обрабатываемая деталь закрепляется в специальном патроне 7,
смонтированном на шпинделе передней бабки 2. Зажим осуществля-
ется посредством гидропривода 3. Деталь получает вращение от
электродвигателя Мг постоянного тока, позволяющего бесступен-
чато изменять частоту вращения в пределах 85—600 об/мин. Шли-
фовальная бабка 4 размещена на суппорте 5, который закреплен
на столе 6. Шлифующий круг получает вращение от электродви-
Рис. ХХП.З. Кинематическая схема внутришлифовального станка ЗА228
гателя М2 через плоскоременную передачу со сменными шкивами
dL и d2. Частота вращения шлифовального круга находится в пре-
делах 4500—14800 об/мин.
Стол со шлифовальной бабкой совершает возвратно-поступа-
тельное движение от цилиндра 7. Скорость стола изменяется в пре-
делах от 0,1 до 12 м/мин. Стол может получать ручное перемеще-
ние от маховика 8. Гидравлическое и ручное перемещения стола
сблокированы посредством цилиндра 9, Тонкая ручная продоль-
ная подача стола при шлифовании торцов осуществляется махо-
виком 19. Первоначально стол перемещается до совмещения упоров
20 и 21. При вращении маховика 19 движение будет передаваться
через червячную передачу винту с шагом t = 4 мм.
Поперечное перемещение бабки шлифовального круга может
осуществляться вручную маховиком 10 или гидравлически от ци-
линдра 11. За один оборот маховика шлифовальная бабка пере-
541
мещается на 2 мм. На маховике 10 закреплен лимб, имеющий
400 делений. Одно деление соответствует перемещению шлифо-
2
вальной бабки ^ = 0,005 мм.
Шлифовальной бабке можно сообщать дозированную попереч-
ную подачу за один ход стола вручную посредством рычага 12,
При захвате собачкой рычага 12 одного зуба храпового колеса
z — 200 бабка переместится на 0,00125 мм.
При ручной и при ручной дозированной подаче кнопка 13
должна быть выключена (т. е. автоматическая подача должна быть
отключена).
Для включения автоматической подачи (от цилиндра 11) кнопка
13 включается, при этом рычаг 12 автоматически отключается.
При перемещении штока цилиндра 11 будет вращаться реечная
шестерня z = 22, от которой движение будет передаваться через
храповое колесо z — 100, далее колеса 21—63 на ходовой винт.
За один ход поршня максимальная поперечная подача равна
1,8 мм. Реверсирование как продольной, так и поперечной подач
осуществляется упорами, установленными на столе, аналогично
ранее рассмотренному станку ЗБ151. На станке предусмотрен
механизм для компенсации износа круга при работе на режиме
«в размер». Кнопкой 11 через зубчатое колесо z = 32 и зубчатый
сектор z = 128 поворачивают кулак 15 в соответствующее поло-
жение (на заданную компенсацию). Когда будет достигнут требуе-
мый размер шлифуемого отверстия, ось 16 собачки набежит на ку-
лак 75, выведет собачку из зацепления с храповым колесом z =
= 100 и подача прекратится.
Для быстрого отвода (отскока) шлифующего круга от детали
перед выводом круга из отверстия на станке имеется гидравличе-
ский цилиндр 77, поршень которого связан с ходовым винтом.
При подаче масла под давлением в нижнюю полость цилиндра 77
винт вместе с бабкой круга быстро перемещается. Величина пере-
мещения регулируется винтом 18, На станке имеется также устрой-
ство для правки шлифующего круга.
В качестве примера внутришлифовального станка с планетар-
ным вращением круга можно привести станок ЗА287. На станке
можно шлифовать сквозные и глухие цилиндрические отверстия
диаметром от 200 до 500 мм и длиной до 1250 мм в корпусных де-
талях. Обрабатываемая деталь закрепляется на столе и во время
обработки остается неподвижной, а все необходимые движения
сообщаются шлифующему кругу. Отличительной особенностью этого
станка является наличие планетарного механизма (рис. XXII.4).
Шлифующий круг получает вращение вокруг своей оси; движение
круговой подачи (вращение наружной гильзы 7 планетарного
механизма совместно с внутренней гильзой 2), движение радиаль-
ного врезания (поворот внутренней гильзы относительно наруж-
ной гильзы), движение продольной подачи (перемещение шлифо-
вальной бабки).
542
На станке имеется ряд вспомогательных движений: а) совме-
щение оси круга с осью наружной гильзы 1 при выверке соосности
оси детали с осью гильзы и при правке круга; б) установочное
ручное продольное перемещение шлифовальной бабки; в) ручное
врезание при торцовом шлифовании по упору; г) установочное руч-
ное и механическое поперечное перемещения стола; д) механиче-
ское (грубое) и ручное (тонкое) вертикальные перемещения кон-
соли со столом.
Шпиндель шлифующего круга смонтирован во внутренней
эксцентричной гильзе 2 (рис. XXII.4) и получает вращение от
двухскоростного электродвигателя через клиноременную пере-
дачу. Гильза 2 смонтирована с наружной эксцентричной гильзой/.
Рис. XXI 1.4. Планетарный механизм станка ЗА287
Последняя приводится во вращение от индивидуального электро-
двигателя через червячную передачу 3—108. На гильзе 1 закреп-
лено зубчатое колесо z = 189, находящееся в зацеплении с коле-
сом z = 63. При вращении гильзы 1 движение будет передаваться
через колеса 189—63, дифференциал, колеса 36—216. При непо-
движном правом центральном колесе дифференциала обе гильзы
будут вращаться синхронно.
За один оборот наружной гильзы 1 колесо ъ = 216 также делает
один оборот:
1 об. гильзы / --со-гдктё = 1 об. кол. z = 21о,
bo 210
где гд == 2.
Следовательно, и внутренняя гильза 2 будет делать один обо-
рот, при этом круг не будет иметь радиального перемещения.
Для сообщения кругу радиального перемещения необходимо отно-
сительное вращение между гильзами 1 и 2. Для этой цели либо
вручную, либо от электродвигателя через червячную передачу
1-54 сообщают вращение правому центральному колесу диффе-
ренциала. Это движение алгебраически суммируется дифферен-
циалом с ранее рассмотренным движением и сообщается через зуб-
чатые колеса 36—316, 156—116 (внутреннее зацепление) гильзе 2.
543
При ускоренном или замедленном вращении гильзы 2 относительно
гильзы 1 будет изменяться величина эксцентриситета е и шлифую-
щий круг будет получать радиальное перемещение.
Для уравновешивания вращающейся эксцентрично располо-
женной гильзы 2 на правом конце ее расположены два балансира.
Посредством червячной пары 1—16 сообщается вращение шестерне
z = 16, которая через зубчатые венцы z — 42 по-
Рис. XXII.5. Схе-
ма наружного пла-
нетарного шлифо-
вания
ворачивает балансиры в требуемое положение.
Станки с планетарным вращением шлифую-
щего круга могут применяться и для наружного
шлифования. Схема наружного планетарного
шлифования приведена на рис. XXII.5. Ве-
личина эксцентриситета
e = R-\-r,
где R — радиус шлифуемой поверхности; г —
радиус шлифующего круга*
Планетарные станки не получили широкого
применения.
§ 3.	Бесцентровые круглошлифовальные станки
В крупносерийном и массовом производствах находят широкое
применение бесцентровые круглошлифовальные станки для наруж-
ного и, в меньшей мере, для внутреннего шлифования. Бесцентро-
вые шлифовальные станки более производительные по сравнению
с центровыми станками, они допускают большую глубину шлифова-
ния, так как опасность прогиба детали отсутствует; позволяют шли-
фовать детали малого диаметра; для обслуживания этих станков
требуются рабочие невысокой квалификации. Характерным разме-
ром бесцентровых шлифовальных станков является наибольший
диаметр шлифуемой поверхности. Модели этих станков: 3180,
3181, 3182, 3184, 3185 и др.
У ниверса льный бесцентровый круглошлифовальный станок
ЗГ182. Станок предназначен для наружного шлифования цилиндри-
ческих, конических и фасонных деталей, представляющих собой
тела вращения. На станке можно шлифовать детали из стали, чу-
гуна, цветных металлов и их сплавов, из неметаллических мате-
риалов (стекло, текстолит, пластмассы и т. п.). Точность шлифова-
ния обеспечивается по 1—-2-му классам при шероховатости поверх-
ности 5—9-го класса. Станок может работать по полуавтоматиче-
скому или автоматическому циклам. Диаметр обрабатываемой
детали: наименьший 0,8 мм, наибольший 25 мм, наибольшая длина
шлифования «напроход» в приспособлении 170 мм, наибольшая
длина шлифования при врезном шлифовании 95 мм. Схема наруж-
ного бесцентрового шлифования приведена на рис. Х.5.
На станке ЗГ182 можно шлифовать методом сквозной подачи
(«напроход») и методом поперечной подачи («на врезание»). Нахо-
544
дит также применение разновидность первого метода — шлифо-
вание сквозной подачей до упора. Кинематическая схема станка
ЗГ182 приведена на рис. XXII.6. Станок имеет две бабки — бабку 7
шлифующего круга и бабку 2 ведущего круга (ведущий круг вы-
полняется бакелитовым или вулканитовым). Обе бабки подвижны
и могут перемещаться в направлении, перпендикулярном к оси
обрабатываемой детали 5. При этом суппорт с ножом 4 остаются
неподвижны.
Бабка шлифующего круга может перемещаться вручную махо-
виком 5 или от механизма врезания с двумя гидроцилиндрами 6 и 7.
Перемещение бабки ведущего круга является установочным и про-
Рис. XXII.6. Кинематическая схема станка ЗГ182
изводится вручную маховиком 5. Бабка ведущего круга имеет
поворотную часть 8, в которой смонтирован шпиндель ведущего
круга. Шлифующий круг вращается от электродвигателя Мг
переменного тока и может получать 1300 и 1900 об/мин. Диаметр
шлифующего круга: наибольший 350 мм, наименьший 250 мм.
Шлифующий круг балансируется предварительно на ножах при
помощи сухарей, устанавливаемых на планшайбе, а затем точная
балансировка осуществляется на ходу посредством специального
балансировочного механизма, рукоятки которого выведены на пе-
реднюю стенку шлифовальной бабки. Степень балансировки кон-
тролируется индикатором, измерительный штифт которого упира-
ется в корпус бабки шлифующего круга. Балансировку произво-
дят до полной остановки стрелки индикатора. Шлифующий круг
в процессе шлифования совершает возвратно-поступательное дви-
545
жение вдоль оси (осциллирующие движения), при помощи спе-
циального механизма осцилляции, управляемого гидроприводом 9.
Механизм осцилляции обеспечивает регулировку величины пере-
мещения шпинделя до 6 мм. Осциллирующее движение обеспечи-
вает высокую точность и качество шлифуемой детали, имитируя
суперфиниш.
Механизм подачи бабки шлифующего круга. Быстрый подвод
бабки и рабочая подача при работе методом «врезания» осуществля-
ется цилиндрами 6 и 7 механизма врезания. Медленное перемещение
бабки для компенсации износа шлифующего круга осуществля-
ется гидроцилиндром 10 через храповой механизм. Включение
этого движения осуществляется нажатием на кнопку «Компенса-
ция». Величина перемещения круга может быть настроена в пре-
делах от 0,0025 до 0,0075 мм.
Механизм врезания состоит из двух взаимно перпендикулярных
цилиндров 6 и 7. Быстрый подвод шлифовальной бабки осуществля-
ется перемещением поршня цилиндра 6 вместе со штоком — ходо-
вым винтом. На втором конце штока установлен ролик, который
упирается в копир, связанный со штоком цилиндра 7. При пере-
мещении штока цилиндра 7 (вниз по схеме) поршень цилиндра 6
под давлением масла будет перемещаться вправо, перемещая бабку
шлифующего круга. Для осуществления выхаживания бабка под-
ходит к жесткому упору. После окончания выхаживания бабка
быстро возвращается в исходное положение и включается меха-
низм выталкивания детали из зоны шлифования. Величина подачи
при врезном шлифовании определяется углом подъема профиля
копира и скоростью его перемещения. Общее время рабочей подачи
и выхаживания устанавливается по электрическому реле времени.
Длина хода штоков цилиндров 6 и 7 регулируется упорными
винтами.
При работе методом врезания ось ведущего круга поворачи-
вают на угол не более 0,5°. Этот небольшой угол нужен для того,
чтобы плотно принимать деталь к концевому упору.
При работе «напроход» шток цилиндра 6 закрепляется в край-
нем левом положении. Продольная подача в этом случае обеспе-
чивается за счет поворота оси ведущего круга в вертикальной пло-
скости на угол v (см. рис. Х.5).
Окружная скорость ведущего круга рв>к разлагается на две
составляющие: иД — окружную скорость детали и и8 — осевую
(продольную) подачу детали:
ys = yB.KSinv,
или
vs =	к72в, к sin V мм/мин,
где DB к ~ диаметр ведущего круга в мм; пв к — частота вращения
ведущего круга в об/мин; v — угол поворота оси ведущего круга
в градусах.
546
Следовательно, величина продольной подачи детали зависит
от угла поворота оси ведущего круга и скорости его вращения.
На рассматриваемом станке угол v изменяется от —2 до +4°.
Диаметр ведущего круга: наибольший 250 мм, наименьший 190 мм.
Частота вращения ведущего круга изменяется бесступенчато
в пределах 19—190 об/мин от электродвигателя М2 постоянного
тока.
z Действительная скорость продольной подачи детали несколько
меньше теоретической вследствие проскальзывания детали. На
практике величина подачи вычисляется без учета проскальзыва-
ния; при этом ошибка не превышает 2%.
Чтобы обеспечить линейный контакт ведущего круга с обраба-
тываемой деталью, ведущему кругу придают форму однополост-
ного гиперболоида вращения. Для правки шлифующего 13 и веду-
щего 14 кругов на станке имеются специальные механизмы 11
и 12.
Шлифование напроход применяется при обработке цилиндри-
ческих деталей постоянного диаметра по всей длине, а также ци-
линдрического участка максимального диаметра у фасонных
или ступенчатых деталей.
Во избежание заклинивания обрабатываемой детали между
шлифующим и ведущим кругами центр ее устанавливается выше
центров кругов с помощью специального приспособления, поста-
вляемого со станком. Величина смещения зависит от диаметра
обрабатываемой детали и диаметров кругов.
Для уменьшения вибраций опорную поверхность ножа срезают
под углом 30—45° в сторону ведущего круга. При шлифовании
на проход опорный нож должен выступать по обе стороны кругов,
и необходимо иметь направляющее устройство для детали как
на входе, так и на выходе. Такими направляющими обычно служат
планки (щечки) или призмы.
На станке можно шлифовать цилиндрические поверхности
на деталях с буртиками, головками, диаметр которых больше
диаметра шлифуемого участка, а также конические поверхности
методом продольной подачи до упора. С противоположной сто-
роны между кругами устанавливается упор, ограничивающий осе-
вое продвижение шлифуемой детали.
На станке ЗГ182 автоматизация цикла обработки осуществ-
ляется гидравлическими и электромеханическими устройствами и
реле. Для пуска станка необходимо включить электродвигатель
системы смазки. По достижении давления масла 0,5 атм
(5-9,81-103 Па) срабатывает реле давления, которое подает
команду на пуск электродвигателей ведущего и шлифующего
кругов и насоса охлаждающей жидкости.
Бесцентровые внутришлифовальные станки применяются для
шлифования внутренних цилиндрических и конических поверх-
ностей деталей с предварительно точно отшлифованной наружной
поверхностью. При этом обеспечивается высокая концентричность
547
наружной и внутренней поверхностей. Особенно целесообразно
применение таких станков для обработки тонкостенных деталей,
которые при зажиме в патроне могут деформироваться (гильзы,
обоймы подшипников и др.). Схема работы бесцентрового внутри-
шлифовального станка показана на рис. Х.6.
В качестве примеров станков для бесцентрового внутреннего
шлифования можно привести модели 6С85, 6С86, Л54СЗ, 6С135,
6С138, ЗА229С и др.
§ 4.	Плоскошлифовальные станки
Плоскошлифовальные станки применяют для шлифования
плоскостей и фасонных линейчатых поверхностей. Их разделяют
на станки, работающие периферией круга, и станки, работающие
торцом круга. По форме стола плоскошлифовальные станки делятся
на станки с прямоугольным и станки с круглым столом. Схемы
работы на плоскошлифовальных станках представлены на рис. Х.7
и Х.8.
Станки, работающие периферией круга, обеспечивают более
высокую точность обработки, чем станки, работающие торцом
круга. Зато последние обладают более высокой производитель-
ностью.
.Плоскошлифовальный станок ЗГ71 (рис. XXII.7). Станок ЗГ71
высокой точности с прямоугольным столом предназначен для шли-
фования поверхностей периферией круга. Возможна обработка
торцом круга, а при наличии специальных приспособлений возмож-
но профильное шлифование. Обрабатываемые детали закрепляются
на столе с помощью электромагнитной плиты или тисков. Наи-
большее продольное перемещение стола 700 мм, поперечное —
235 мм. Размеры шлифующего круга 250x25x75 мм. Наибольшие
размеры шлифуемых деталей 630 X 320 X 200 мм (длина х высота X
X ширина).
Кинематическая схема станка представлена на рис. ХХН.8.
Шлифующий круг получает вращение от электродвигателя Мг
через плоскоременную передачу с частотой 2740 об/мин. Верти-
кальное перемещение шлифовальной бабки может осуществляться
вручную маховиком 1 или с помощью сервомотора 2 (лопастной
гидроцилиндр).
При ручной подаче собачка храпового колеса z = 25 выклю-
чается, а при гидравлической включается.
В момент реверса поперечной подачи масло под давлением по-
ступает в одну из полостей сервомотора 2 (другая полость при
этом соединена со сливом) и поворачивает ротор 5, на котором
закреплен рычаг с собачкой. Последняя поворачивает храповое
колесо. Это движение через червячную передачу 1—40 передается
гайке винта вертикальной подачи. Затем меняется направление
потока масла и ротор сервомотора возвращается в исходное поло-
548
жение. Ускоренное вертикальное перемещение шлифовальной
бабки осуществляется от электродвигателя М2
Обрабатываемая деталь закрепляется на столе и получает
продольное и поперечное перемещение. Продольное перемещение
стола 4 может осуществляться вручную маховиком 5 или гидрав-
лически посредством гидроцилиндра 6. Ручная и гидравлическая
подачи стола сблокированы гидроцилиндром 7. При включении
гидравлической подачи ручная выключается и наоборот. Попереч-
Рис. XX 11.7. Плоскошлифовальный станок ЗГ71:
1 — лимб установки автоматической вертикальной подачи» 2 — ма-
ховик продольного перемещения стола; 3 — маховик вертикального
перемещения круга; 4 — упоры реверса продольной подачи; 5 — ре-
гулятор скорости движения стола; 6 — ручной реверс продольной
подачи; 7 ~ глаховик поперечной подачи; 8 — рукоятка; 9 — рукоятка
установки величины поперечной подачи; 10 — кнопка включения и
реверса поперечной подачи; 11 — кнопка пуска и останова стола
ная подача крестового суппорта 8 вместе со столом может осуще-
ствляться вручную или гидравлически.
Ручная подача осуществляется маховиком 9 или кнопкой 10.
Последняя обеспечивает «тонкую» подачу. При включении ручной
подачи собачка храпового колеса z = 54 выключается, а зубчатое
колесо z = 40, посаженное на скользящей шпонке, ставится
в нейтральное положение.
549
N = 0,13к Вт
Рис. XX11.8. Кинематическая схема станка ЗГ71
550
Гидравлическая поперечная подача осуществляется посред-
ством сервомотора 11 через храповой механизм и ряд зубчатых
колес. Собачка при этом включается в храповое колесо. Гидравли-
ческая поперечная подача сообщается в конце каждого продоль-
ного хода стола. Реверсирование поперечной подачи осуществля-
ется перемещением зубчатого колеса z = 40.
Гидравлическая схема станка ЗГ71 приведена на рис. XXII.9.
Гидропривод станка осуществляет продольное перемещение стола,
Рис. XXII.9. Гидравлическая схема станка ЗГ71
поперечную подачу крестового суппорта (вместе со столом) в кон-
це каждого продольного хода стола и вертикальную подачу бабки
шлифующего круга во время реверса поперечной подачи. Включе-
ние и выключение гидропривода производятся краном 1.
Продольное перемещение стола осуществляется цилиндром 2.
Масло от лопастного насоса 3 поступает через кран 7, гидропанель
с реверсивным золотником 4 и золотником управления 5 в одну
из полостей силового цилиндра 2. Другая полость цилиндра при
этом соединена со сливом. При положении золотников, показан-
ном на схеме, масло под давлением поступает через проточки
золотника 4 и трубопровод 6 в правую полость цилиндра. Из левой
551
полости масло сливается через проточки золотников 4 и 5, трубо-
провод 7, далее через дроссель с подпорным клапаном 8 в резер-
вуар. Стол движется справа налево. При этом правый упор 9
стола через рычаг 10 и зубчатые колеса переместит золотник управ-
ления 5 из крайнего правого положения в крайнее левое положе-
ние. Тогда масло под давлением поступит через трубопровод 11
и проточки золотника 5, дроссель г подпорным клапаном 12 к пра
вому торцу золотника 4. Левая полость золотника 4 при этом соеди-
няется со сливом через дроссель, проточки золотника 5 и трубо-
провод 13. При таком положении золотника 4 масло под давлением
поступит в левую полость цилиндра через проточки золотника 4
к трубопроводу 14. Стол будет перемещаться слева направо. Из
правой полости цилиндра масло будет сливаться в резервуар через
проточки золотников 4 и 5 и трубопровод 7. При выключении гид-
равлической подачи и включении ручной обе полости силового
цилиндра 2 соединяются между собой посредством крана 75, кото-
рый переключается рукояткой, что и кран 1.
Поперечная подача крестового суппорта вместе со столом про-
исходит в момент реверса продольного хода стола. Для положе-
ния, показанного на схеме, в момент реверса продольного хода
стола золотник 5 займет крайнее левое положение и масло под дав-
лением из трубопровода 11 через правые проточки золотника 5
поступит по трубопроводу 16 к золотнику 17. Этот поток масла
разветвляется по двум направлениям: часть его поступает к ниж-
нему торцу золотника 17 (верхняя полость при этом соединяется
со сливом), а часть масла — в верхнюю торцовую полость золот-
ника 18. Из нижней полости золотника 18 масло уходит на слив
по трубопроводу 21. Золотник 18 займет нижнее положение. Тогда
"масло под давлением от трубопровода 27 через центральную про-
точку золотника 18 и трубопровод 19 поступит в левую полость
сервомотора поперечной подачи. Правая полость его соединится
со сливом трубопроводами 20 и 21. Ротор сервомотора вернётся
в исходное положение. В это время золотник 17 продолжает пере-
мещаться вверх (скорость перемещения регулируется дроссе-
лями), отсекает доступ масла под давлением в верхнюю торцовую
полость золотника 18 и соединяет ее со сливом через верхние про-
точки золотника 17, трубопроводы 32 и 31. Золотник 18 давлением
плунжера 35 снизу снова займет верхнее положение и откроет
доступ масла под давлением в правую полость сервомотора по тру-
бопроводу 20.
Левая полость соединится со сливом. Произойдет поперечная
подача на заданную величину.
При следующем реверсе стола описанный выше цикл повторится
т. е. при каждом реверсе стола срабатывает механизм попереч-
ной подачи. При включении гидравлической поперечной подачи
рукоятку 22 реверса, сблокированную с краном 23, поворачивают
до упора. В этом положении масло под давлением от трубопровода
27 через центральную проточку золотника 18 и кран 23 поступает
552
к средней проточке золотника 24 и далее к цилиндру 26 и золот-
нику 33.
Реверс поперечной подачи осуществляется упорами 28 попереч-
ного суппорта через рычаг 29, связанный с золотником 30. Реверс
можно производить вручную рукояткой 22.
При включенной гидравлической поперечной подаче масло под
давлением поступает в левую полость цилиндра 26 и перемещает
колесо z = 40 вправо. В момент реверса нижний упор 28 повернет
рычаг 29 и золотник 30 переместится вниз, масло под давлением
поступит к верхнему торцу золотника 24 и переместит его вниз.
Тогда левая полость цилиндра 26 будет соединена со сливом,
а в правую полость поступит масло под давлением по трубопроводу
31. Поршень займет левое положение и переключит колесо z ==
== 40. Произойдет реверс поперечной подачи.
Вертикальная подача бабки шлифующего круга*осуществляется
(в момент реверса поперечной подачи) сервомотором 2 (см.
рис. XXII.8), который управляется золотником 33 (рис. XXII.9).
Одновременно с цилиндром 26 масло под давлением поступает
по трубопроводу 31 через центральную проточку золотника 33
в правую полость сервомотора. Левая полость его соединена
со сливом трубопроводом 25. Произойдет вертикальная подача.
При этом золотник 33 продолжает медленно перемещаться влево,
так как к его правому торцу поступает масло под давлением. Левая
полость соединена со сливом. При крайнем левом положении зо-
лотника 33 поток масла под давлением от трубопровода 31 через
правую проточку золотника будет поступать в левую полость
сервомотора, а правая полость его соединится со сливом через
трубопровод 25. Ротор сервомотора вернется в исходное положение.
Включение и выключение вертикальной гидравлической подачи
производят кранами 34.
Наряду с рассмотренным станком ЗГ71 высокой точности
с прямоугольным столом и горизонтальным расположением шпин-
деля применяются станки прецизионные 3711Б, ЗБ721, станки
особо высокой точности 3701, 3711, станки ЗБ722, ЗБ724 и др.
В качестве примера можно назвать плоскошлифовальные станки
с прямоугольным столом и вертикальным шпинделем 3731, ЗД732,
ЗБ732 и др.
Плоскошлифовальные станки с круглым столом выпускаются
с горизонтальным и вертикальным расположением шпинделя
(см. рис. Х.8). В качестве примера можно привести станки
с горизонтальным шпинделем ЗД740, ЗБ740, ЗБ741, ЗД742
и др. и с вертикальным шпинделем ЗД754, ЗД756, ЗБ756
и др.
На рис. XXII.10 приведена схема плоскошлифовального станка
ЗБ756 с круглым столом и вертикальным расположением шпин-
деля шлифующего круга. Станок предназначен для шлифования
плоских поверхностей в условиях серийного и массового произ-
водства. Шлифуемые детали закрепляются на круглом электромаг-
553
нитном столе 7 диаметром 800 мм. Стол получает вращение (круго-
вую подачу) от двухскоростного электродвигателя Мг через ко-
робку подач 2 и делает 5,8; 9,5; 11,5; 15,1; 18,8 и 29,8 об/мин. Стол
вместе с кареткой 3 получает горизонтальное (установочное) пере-
мещение от гидроцилиндра 4. Шлифующий круг 5 смонтирован
в бабке 6 и приводится во вращение встроенным электродвига-
телем ТИ2. Шлифовальная бабка может поворачиваться в верти-
кальной плоскости при черновом шлифовании, что обеспечивает
повышение производительности станка. Закончив черновое шлифо-
Рис. XXII.10. Кинематическая схема станка ЗБ756
вание, шлифовальную бабку возвращают в вертикальное положе-
ние и производят чистовое шлифование.
Во время обработки стол закрывается кожухом (автоматически
закрывающимся и открывающимся). Шлифовальная бабка полу-
чает вертикальное перемещение от электродвигателя М3 постоян-
ного тока, позволяющего плавно регулировать это движение
в пределах 0,015—0,6 мм/мин. Бабка может получать медленное
перемещение (рабочую подачу) и быстрое (установочное) движение.
554
В коробке передач имеется муфта обгона 7, позволяющая включать
быстрое перемещение без выключения рабочей подачи. Ручное
перемещение производится маховиком 8 после включения кулач-
ковой муфты 9 рукояткой 10. Станок снабжен измерительным
устройством, позволяющим измерять шлифуемую деталь в про-
цессе обработки, и гидрофицирован. Помимо перемещения каретки
стола от гидропривода осуществляется также поворот шлифоваль-
ной бабки и закрывание и открывание защитного кожуха.
Для шлифования направляющих станин, столов, кареток,
плоскостей плит и оснований, плоскостей разъема корпусных дета-
лей применяются продольно-шлифовальные двухстоечные станки
3508, 3510, 3512 и др. Для наружного и внутреннего шлифования
находят применение карусельно-шлифовальные станки 3762, 3763
и др.
§ 5.	Ленточно-шлифовальные станки
В последние годы в промышленности находит широкое при-
менение шлифование абразивными лентами (см. гл. X, § 3). Оно
применяется для чистовой и черновой обработки различных кон-
струкционных материалов. Этот вид шлифования является высо-
копроизводительным, обеспечивает высокую точность обработки,
класс чистоты обработанной поверхности. Особое преимущество
ленточное шлифование имеет при обработке фасонных поверх-
ностей, так как гибкая абразивная лента обеспечивает хороший
контакт с обрабатываемой поверхностью. Наглядным примером
деталей с фасонными поверхностями являются лопатки газовых
турбин и компрессоров. Лопатки можно шлифовать на копиро-
вально-шлифовальных станках типа ХШ-116, ХШ-117, ХШ-121,
ХШ-123 и др. Харьковского станкостроительного завода им. Ко-
сиора. Эти станки работают по копиру широкими профилирован-
ными абразивными кругами. Станки, работающие абразивными
кругами, обладают рядом существенных недостатков: при шлифова-
нии широким кругом возникает большая сила отжима, снижающая
точность обработки; сложность доводки копира; неравномерность
износа абразивного круга в зависимости от кривизны шлифуемой
поверхности, что требует частой его правки и др. Поэтому для
шлифования лопаток турбин и других фасонных деталей находят
широкое применение копировально-шлифовальные станки, рабо-
тающие абразивной лентой. Шлифование пера лопаток абразив-
ными лентами может осуществляться двумя методами: раздель-
ным шлифованием спинки и корыта широкой абразивной лентой;
одновременным двусторонним шлифованием пера лопатки узкой
абразивной лентой. Первый метод является более производитель-
ным, но он уступает по точности второму методу.
Станок XIII-185М предназначен для шлифования корыт лопа-
ток бесконечной абразивной лентой по копиру методом врезания.
Одновременно шлифуется вся длина корыта. Наибольшая длина
555
шлифования 150 мм. Станок предназначен для массового произ-
водства и налаживается на одну лопатку. Обработка может произ-
водиться с ручной подачей или полуавтоматическим циклом.
Принципиальная схема станка XIII-185M приведена на
рис. XXII.11. Абразивная лента 7, расположенная на шкивах
2, 5, 4 и копире 5, получает движение от электродвигателя Мг
через ременные передачи. Скорость движения ленты находится
в пределах 8—28 м/с. Для улучшения условий скольжения абра-
зивной ленты по копиру к обратной стороне ее подается воздух
под давлением через специальные каналы, выполненные на ко-
пире. Постоянное натяжение ленты обеспечивается гидроцилинд-
ром 6,
Шлифуемая лопатка 7 закрепляется в специальном приспособ-
лении (кассете) на столе 8 и получает возвратно-поступательное
движение от электродвигателя М3 через ременную передачу, чер-
Рис. XXII.11. Кинематическая схема станка XIII-185M
556
вячную пару и кривошипно-шатунный механизм. Во время про-
дольного перемещения стола зубчатое колесо z == 80, находящееся
в зацеплении с рейкой 9, сообщает кассете вращательное движе-
ние. В итоге лопатка получает движение обкатывания. Копир 5
может подводиться вместе с лентой к лопатке быстро — посред-
ством пневмоцилиндра 10 с двумя гидравлическими демпферами 77,
медленно вручную — маховиком 12 или от электродвигателя М2.
При вращении маховика 12 ходовой винт вместе с кулачком 13
будет перемещаться в горизонтальном направлении. В контакте
с кулачком 13 находится ролик, связанный с ползуном копира 5.
Следовательно, копир будет получать вертикальное перемещение.
При работе по полуавтоматическому циклу осевое перемещение
ходового винта вместе с кулачком 13 осуществляется от электро-
двигателя М2. Вращение от двигателя передается кулачку 14,
который через рычажный механизм перемещает гайку с винтом
и кулачком 13 в горизонтальном направлении.
Управление циклом работы станка осуществляется упорами
барабана 15, которые включают или отключают переключатели 16.
По окончании цикла шлифования подача отключается и начина-
ется процесс выхаживания. По окончании выхаживания копир
отводится пневмоцилиндром от детали. На этом цикл обработки
заканчивается. Во время обработки в зону резания подается охлаж-
дающая жидкость по трубопроводу 77.
Для охлаждения рекомендуется применять трансформаторное
или вазелиновое масло с добавлением четырехпроцентной олеино-
вой кислоты. При работе водостойкой абразивной лентой допуска-
ется применение водных эмульсий.
Для шлифования спинок лопаток применяют станок ХШ-186,
конструкция и принцип действия которого аналогичны станку
ХШ-185. При этом на столе устанавливается другая кассета, кото-
рая позволяет закреплять лопатку спинкой к абразивной ленте
и обеспечивает необходимые движения лопатке.
Ленточно-шлифовальный станок ЛШ-1А. Станок предназначен
для шлифования профиля лера стальных лопаток длиной до 200 мм.
Шлифование корыта и спинки лопатки производится совместно
за один установ. Обработка ведется узкой абразивной лентой
(15 мм) методом продольных строчек. Гидрокинематическая схема
станка ЛШ-1А представлена на рис. XXII.12.
Принцип работы станка. Лопатка 7 закрепля-
ется в шпинделе 2 и поддерживается центром задней бабки 3.
На шпинделе также закрепляется копир 4. Стойки опор шпинделя
и задняя бабка смонтированы на плите 5, которая, в свою очередь,
расположена на столе 6. Лопатка находится в контакте с абразив-
ной лентой, получающей вращение от электродвигателя Мг. Копир
находится в контакте с роликом 23. Стол 6 получает продольное
возвратно-поступательное движение. При этом копир, перемещаясь
по ролику 23, будет перемещать шпиндель (вместе с лопаткой
и задней бабкой) в направлении, перпендикулярном к его оси.
557
Через опоры и стойки шпинделя будет перемещаться и плита 5,
поворачиваясь на опорах 7 (расположенных на задней части плиты).
При наличии указанных движений абразивная лента будет шлифо-
вать узкую полоску вдоль профиля лопатки. В конце продольного
хода стола шпиндель с копиром и лопаткой получают поворот на
небольшой угол (строку). Стол меняет направление движения,
Рис. XXII.12. Гидрокинематическая схема станка ЛШ-1А
и будет шлифоваться следующая строка (полоска). По окончании
шлифования, например, корыта лопатки, т. е. по достижении
кромки лопатки, последняя быстро поворачивается и начинается
шлифование спинки (или наоборот). Требуемая глубина шлифова-
ния устанавливается перемещением ролика 23 посредством махо-
вика 27.
Плита 5 с копиром и заготовкой представляет собой копиро-
вальный механизм. На копировальном механизме, сзади, парал-
лельно шпинделю расположен распределительный вал 12 на ко-
558
тором установлены торцовые упоры 13 и 14 и кулачок 15. Рядом
с распределительным валом смонтирован вал 16 с расположенными
на нем упорами 17 и 18. Во время продольного хода стола упоры 17
или 18 нажимают поочередно на рычаг 19, который переключает
реверсивный золотник 20 и тем самым изменяет направление дви-
жения стола. Одновременно рычаг 19 переключает и реверсивный
золотник 26, управляющий гидроцилиндром 24 строчечной подачи.
Торцовый упор 13 имеет скошенную поверхность, в которую упи-
рается упор 17, посаженный на скользящей шпонке на валу 16,
и поджимается к упору 13 пружиной 11. По мере поворота упора 13
изменяется длина хода стола, что необходимо при обработке ско-
сов у замка лопатки.
Стол получает продольное перемещение от гидроцилиндра 21,
а ручное — от маховика 22. В конце каждого продольного хода
стола автоматически происходит поворот лопатки (и копира) на
небольшой угол (на строку). Это движение называется строчечной
подачей. Она осуществляется гидроцилиндром 24 через реечную
передачу, храповой механизм, цилиндрические колеса и червяч-
ную передачу. Управление гидроцилиндром 24 осуществляет
золотник 26. Синхронно с поворотом лопатки поворачивается
и распределительный вал 12. При подходе кромок лопатки к абра-
зивной ленте происходит быстрый поворот шпинделя от электро-
двигателя ТИ2, который включается при воздействии кулачка 15
на конечный выключатель. В цепи быстрого вращения имеется
муфта обгона 25.
Натяжение ленты 8 производится винтом 9. При наладке станка
шлифовальная головка может перемещаться в вертикальном
направлении. Шлифовальная головка в процессе шлифования
поворачивается в вертикальной плоскости вокруг оси 10 реечно-
рычажным механизмом. При продольном перемещении стола
рейка 28 через зубчатые колеса перемещает рейку 29, а последняя
через рычаг 30 поворачивает шлифовальную головку на требуемый
угол.
Для очистки охлаждающей жидкости от абразива, осыпаю-
щегося с ленты, и от снимаемого металла на станке установлена
центрифуга. Вращение центрифуги осуществляется от отдельного
электродвигателя, который включается одной кнопкой одновре-
менно с включением абразивной ленты и охлаждения.
§ 6.	Хонинговальные и доводочные станки
Процесс хонингования применяют для окончательной обработки
отверстий и, реже, для наружных цилиндрических поверхностей.
В качестве режущего инструмента применяют хонинговальные
головки (см. рис. Х.13). Станки для хонингования строят гидрофи-
цированными, одно- и многошпиндельными, с вертикальным или
горизонтальным расположением шпинделей. В качестве примера
хонинговальных станков можно привести: вертикальные, для хонин-
559
гования отверстий ЗМ82, 3M83, ЗК84 и др.; двухшпиндельные —
ОФ-42, ЗБ83; горизонтальные — PT-57, РТ-59, 3826; наружно-
хонинговальные — ХПТ-146, СТ-1230 и др.
Хонинговальный станок 3M83. Вертикальный одношпиндельный
хонинговальный станок 3M83 предназначен для хонингования
отверстий диаметром от 32 до 160 мм и длиной от 60 до 500 мм.
Гидрокинематическая схема станка приведена на рис. XXII.13.
Обрабатываемую деталь закрепляют на столе 7, а хонинговальную
головку 2 устанавливают на шпинделе 3 шпиндельной головки 4,
Шпиндель получает вращение и возвратно-поступательное движе-
ние в вертикальном направлении. На данном станке применяется
гидрохонинговальная головка с гидравлическим разжимом брус-
ков. Станок 3M83 работает по полуавтоматическому циклу. Управ-
ление циклом осуществляется упорами, электромагнитными уст-
ройствами и гидроприводами. Шпиндель получает вращение от
электродвигателя Мх через коробку скоростей, обеспечивающей
90, 120, 160 и 240 об/мин. При выключении электродвигателя
автоматически включается электромагнитный тормоз Т. Возврат-
но-поступательное движение шпиндельной головке с гидрохоном
сообщается гидроцилиндром 5 в пределах 3—18 м/мин. Механизм
управления обеспечивает следующий цикл работы станка:
1.	При включении кнопки «Гидравлика» происходит медленный
ввод невращающегося гидрохона в обрабатываемое отверстие
и включается насос охлаждения.
2.	При включении кнопки «Пуск» шпиндель получает вра-
щение, одновременно происходит разжим брусков гидрохона, вклю-
чается рабочая скорость возвратно-поступательного движения.
3.	Происходит процесс хонингования. Время хонингования
настраивается счетчиком циклов (двойных ходов).
4.	После окончания хонингования быстро сжимаются бруски
гидрохона, выключается вращение шпинделя, шпиндельная го-
ловка быстро возвращается в исходное положение.
5.	Выключается возвратно-поступательное движение шпин-
дельной головки и отключается насос охлаждения.
На станке установлен насосный агрегат из двух лопастных
насосов 6 и 7, имеющих разную производительность. Производи-
тельность насоса 6—25 л/мин, а насоса 7—8 л/мин. Насосы приво-
дятся во вращение электродвигателем М2*
При включении кнопки «Гидравлика» включается насосный
агрегат. Электромагниты золотников 9 и 10 отключены. При этом
масло от насоса 6, проходя через предохранительный клапан 8,
далее через проточку золотника 9 идет на слив в резервуар 11.
Масло от насоса 7, проходя предохранительный клапан 12 и золот-
ник 10. поступает в нижнюю полость цилиндра 13 разжима брусков
хона. Верхняя полость цилиндра соединена со сливом через золот-
ник 10. Поршень переместится вверх, вместе с ним переместится
разжимной конус 14, и под действием пружин 15 бруски со-
жмутся.
560
Рис. XXПЛЗ. Гидрокинематическая схема станка 3M83
561
При включении кнопки «Пуск» включаются: электромагнит
золотника 9, электромагнит золотника 19 и электромагнитная
муфта (на схеме не показана) счетчика двойных ходов 30. В резуль-
тате золотник 9 отсекает слив масла от насоса 6, золотник 19
отсекает слив масла из золотника управления 20. Тогда масло от
насоса 6, проходя через кран 21, выточки реверсивного золотника
22, поступает в верхнюю полость силового цилиндра 5. Из нижней
полости цилиндра 5 масло вытесняется через подпорный золотник
24, проточки золотников 22 и 20, дроссель 23 к золотнику 16.
Но так как золотник 16 отсекает слив масла, то оно будет проходить
через второй дроссель 25 (дополнительное сопротивление), что
и обеспечивает медленный ввод инструмента. Шпиндельная головка
совершает медленный ход вниз.
Когда шпиндельная головка достигнет своего нижнего положе-
ния, кулачок «Вверх» диска управления 31 посредством рычага 26
переместит золотник 20 вправо, тогда масло под давлением через
левую проточку золотника 20 поступит под левый торец золотника
22. Последний переместится вправо, вытесняя из правой торцовой
полости масло в резервуар через золотник 19 (электромагнит
последнего включен). При этом основной поток масла через выточки
золотника 22 и золотника 24 будет поступать в нижнюю полость
цилиндра 5. Из верхней полости масло вытесняется через правые
проточки золотников 22 и 20, дроссели 23 и 25 на слив. Шпиндель-
ная головка медленно движется вверх. Одновременно масло под
давлением поступит под левый торец золотника 27, который, пере-
мещаясь вправо, повернет храповое колесо счетчика циклов на один
зуб. Упор исходного положения счетчика нажимает на конечный
выключатель 34, который дает команду на включение электродвига-
теля Мг вращения шпинделя и включение электромагнита золот-
ника 10 высокого давления. Масло под давлением поступает
в верхнюю полость цилиндра 13 разжима брусков хона и одно-
временно под нижний торец золотника 16. В результате проис-
ходит разжим брусков хона и переключение скорости поступатель-
ного движения шпиндельной головки с медленного на рабочий
ход. Масло из цилиндра 5 сливается через проточки золотников
22, 20, дроссель 23, золотник 16 в резервуар (при медленном ходе
масло проходило через два дросселя 23 и 25). В момент реверса
продольного хода шпиндельной головки поршень золотника 27
также реверсируется. По достижении заданного числа двойных
ходов шпиндельной головки упор настройки числа двойных ходов
нажимает на конечный выключатель 32, который подает команду
на отключение электромагнитной муфты и включение электромаг-
нита золотника 17 низкого давления с предохранительным кла-
паном 18. При этом давление в верхней полости цилиндра 13
разжима брусков падает, начинается процесс выхаживания. Про-
должительность процесса выхаживания настраивается пневмати-
ческим реле времени, после срабатывания которого отключаются
электромагниты золотников 10 и 77. Масло под давлением цосту-
562
Рис. XXII.14. Кинематическая схе-
ма доводочного станка 3816
пает в нижнюю полость цилиндра 13, верхняя полость соединяется
со сливом и бруски сжимаются. При достижении - поршня
цилиндра 13 верхнего положения конус 28 нажимает на конечный
выключатель 29, который подает команду на отключение двига-
теля Mi, включение тормоза Т и отключение электромагнита
золотника 19. Тогда правая полость золотника 22 соединяется
со сливом и шпиндельная головка будет перемещаться вверх
(независимо от положения золотника 22) до тех пор, пока кулачок
«Стоп» диска 31 не нажмет на
конечный выключатель 33, ко-
торый дает команду на отклю-
чение электромагнита золотшь
ка 9. Масло от насоса 6 идет
на слив и шпиндельная головка
останавливается.
Для повторения цикла ра-
боты станка необходимо вклю-
чить кнопку «Пуск».
Станки для суперфиниша (см.
гл. X, § 4) бывают для обработки
наружных гладких поверхно-
стей, например 3870, для обра-
ботки цилиндрических и кони-
ческих поверхностей 3871Б,
3871БК, бесцентровые суперфи-
нишные станки 3878, 3879, 3880
и др.
Доводочные станки приме-
няются для доводки плоских и
цилиндрических поверхностей
(см. рис. Х.11) и бывают общего
назначения и специализирован-
ные (например, для доводки
клапанов, кулачков, зубчатых
колес и др.). Процесс доводки
торые изготовляются из чугуна, меди, латуни, бронзы, стекла
и др. На притиры наносятся доводочные смеси в виде паст или
суспензий. Форма, расположение и движения копиров зависят от
назначения и конструкции станка. Например, на вертикально-
доводочных станках притирами являются два диска, один из кото-
рых вращается, а другой неподвижный или оба диска вращаются.
Так, в станке ЗА814 нижний диск вращающийся, а верхний (при-
жимной) неподвижный. В станках 3816, ЗБ816 оба диска вращаю-
щихся.
На рис. XXII.14 приведена кинематическая схема доводочного
станка 3816. Доводочные диски 1 и 2 вращаются от одного электро-
двигателя М, но получащт разные частоты вращения. Верхний
диск делает 52 об/мин, а нижний 57 об/мин. Верхний диск имеет
563
осуществляется притирами, ко-
шарнирное соединение со шпинделем. Между дисками расположен
сепаратор 5, в гнездах которого размещаются детали, подлежащие
доводке. Сепаратор приводится во вращение кривошипным валом
и делает 11,5 об/мин. Радиус вращения кривошипного пальца
можно менять, и тем самым менять величину радиального переме-
щения сепаратора. При обработке цилиндрических поверхностей
вращение сепаратора отключают, во избежание завалов концов
обрабатываемых поверхностей. Подвод и отвод верхнего диска,
а также прижатие его к обрабатываемым деталям осуществляются
гидроцилиндрами.
§ 7. Станки для заточки режущего инструмента
Эти станки выпускаются универсальные и специальные.
Универсальные заточные станки предназначены для заточки основ-
ных видов режущих инструментов из быстрорежущей и инструмен-
Рис. XXI 1.15. Универсальный заточный станок ЗБ642
тальной сталей, а также инструментов, оснащенных твердым спла-
вом. Основными станками гаммы универсальных заточных стан-
ков являются ЗБ642 (ручной) и ЗВ642 (гидрофицированный).
Станки ЗВ541 и ЗБ641 предназначены для заточки мелкого инстру-
564
мента, а станок ЗБ643 — для заточки крупногабаритного инстру-
мента. Указанные станки имеют крестовый стол и перемещающуюся
вертикально на колонне двустороннюю шлифовальную головку.
Эти станки могут оснащаться приспособлениями для заточки рез-
цов, сверл, зенкеров, метчиков, фрезерных головок, цилиндри-
ческих фрез, червячных фрез, резцовых зуборезных головок,
протяжек и др.
На рис. XXII.15 приведен универсально-заточный станок
ЗБ642. Выпускаются также заточные станки, предназначенные для
заточки определенного инструмента: так, например, для заточки
сверл — 3650, 3651; для червячных фрез — 3662, 3663; для за-
точки фрезерных головок — ЗБ667, 3669; для заточки зуборезных
головок — 3666. Имеются также станки для заточки протяжек,
метчиков и др.
Глава XXIII
Программное управление станками
§ 1. Общие сведения о программном управлении
Одним из направлений решения задач автоматизации процессов
металлообработки является программное управление (сокращенно
ПУ) металлорежущими станками.
Для осуществления автоматической обработки деталей на ме-
таллорежущем станке должен быть выполнен заранее установлен-
ный комплекс перемещений рабочих органов станка, осуществля-
емых по определенному закону (программе). На станках, работаю-
щих по автоматическому или полуавтоматическому циклам, как,
например, в кулачковых автоматах, в копировальных станках
программа движений рабочих органов задается профилем кулачков
или копиров. В этих станках программоносители (кулачки, копиры,
шаблоны и др.) воплощены в конструкцию станка, кинематически
связаны определенным образом с исполнительными органами.
Такое управление недостаточно гибко, так как для изменения вели-
чин перемещений исполнительных органов станка требуется замена
кулачков, копиров, упоров и др. Поэтому такого рода станки не
относят к станкам с программным управлением.
Программное управление (ПУ) станками основано на исполь-
зовании чисел для задания программы перемещений исполнитель-
ных органов станков в процессе обработки. Такое программное
управление называют числовым программным управлением. В ка-
честве носителей программы в этих станках являются перфокарты,
перфоленты, магнитные ленты, магнитные барабаны, штеккерные
или кнопочные панели.
Станки с ПУ быстро переналаживаются без смены или переста-
новки механических элементов. Достаточно изменить вводимую
в станок информацию и геометрические параметры изготовляемой
детали изменятся. Поэтому достигается высокая универсальность
станков с ПУ.
Применение станков с программным управлением позволяет
создавать новые прогрессивные формы организации производства
с использованием вычислительной техники и значительно сокра-
566
тить сроки освоения выпуска новых изделий. При применении стан-
ков с ПУ сокращается потребность в станках, так как один станок
с ПУ заменяет несколько универсальных станков. Появляется
возможность централизованной подготовки программ с примене-
нием современных средств вычислительной техники. Большим
преимуществом систем программного управления является воз-
можность создания самонастраивающихся (адаптивных) систем
управления, которые могут самостоятельно выбирать оптимальные
режимы работы. Обеспечивается возможность дистанционного
управления станками и одновременного управления несколькими
станками, а также высокая степень точности и идентичности обра-
батываемых деталей, транспортабельность программы и удобство
ее хранения.
Программное управление приобретает особое значение при обра-
ботке крупногабаритных деталей, деталей с криволинейными по-
верхностями, требующих сложной и длительной обработки. Станки
с программным управлением выгодно применять для обработки
различных моделей, матриц, штампов, для деталей, которые не
изготовлялись прежде и для которых не существует специальной
оснастки, для обработки небольшого количества деталей, когда
невыгодно изготовлять дорогостоящую специальную оснастку, и
для периодического изготовления небольших партий деталей,
когда стоимость частой переналадки обычных станков, изготовления
и хранения оснастки к ним весьма велика. Станки с ПУ целесооб-
разно применять в тех случаях, когда требуется быстрый переход
на другое изделие (независимо от вида производства), в производ-
стве, где требуются специфические условия труда.
§ 2. Классификация систем программного управления
Программное управление станками разделяют на размерное
(путевое) и цикловое. При размерном управлении в программу вклю-
чается информация о режимах обработки и о пути перемещения
рабочих органов. При цикловом управлении программа содержит
только информацию о режимах обработки, а пути перемещения
рабочих органов задаются настройкой упоров, воздействующих
на путевые переключатели. Поэтому цикловые системы програм-
много управления отличаются от размерных (путевых) сравнительно
простой структурой, конструкцией и схемами их узлов и элемен-
тов; однако технологические возможности их более узкй.
По характеру движений рабочих органов станков системы про-
граммного управления подразделяют на контурные и координат-
ные. Системы контурного управления осуществляют непрерывное
регулирование движений рабочих органов станков в соответствии
с заданными законами изменения пути и скорости перемещения.
Обычно эти системы применяются на станках, производящих обра-
ботку криволинейных поверхностей. Этот вид управления иногда
называют управлением движением или непрерывным управлением.
567
Системы координатного управления обеспечивают точную
установку исполнительного механизма в заданное положение
(с заданными координатами). Это управление применяется в рас-
точных и сверлильных станках. Этот вид управления часто назы-
вают позиционным управлением или управлением положением.
Разновидностью координатного управления является линей-
ное (прямоугольное) управление, при котором обработка произ-
водится только по траекториям, параллельным направляющим
станка. Такое управление имеет место на токарных станках для
обработки ступенчатых валов или на фрезерных станках для обра-
ботки деталей с прямоугольными контурами.
В зависимости от числа потоков информации системы управле-
ния бывают разомкнутые (без обратной связи), замкнутые (с обрат-
ной связью) и адаптивные (самонастраивающиеся).
Рис. XXIII.1. Структурная схема про-
граммного управления с обратной
связью:
1 — устройство для ввода программы’ 2 —
узел управления; з — исполнительный меха-
низм; 4 — узел обратной связи
Характерной особенностью разомкнутых систем является нали-
чие только одного потока информации, направленного от устрой-
ства, считывающего программу, к исполнительному механизму.
При этом движения исполнительных механизмов в процессе обра-
ботки не контролируются и не сопоставляются с данными про-
граммы.
Отличительной чертой систем с обратной связью является нали-
чие двух потоков информации: одного — от устройства, считываю-
щего программу, и другого — от измерителя фактических переме-
щений исполнительного механизма. При этом осуществляется срав-
нение действительного размера обрабатываемой поверхности или
действительного перемещения рабочего органа с заданной програм-
мой. По результатам сравнения вырабатываются корректирующие
сигналы, которые дополнительно подаются в исполнительные меха-
низмы. Структурная схема системы программного управления
с обратной связью приведена на рис. XXIII.1.
Для осуществления автоматического поиска оптимальных пара-
метров процесса обработки с учетом режимов резания, жесткости
системы СПИД, изменения припусков на обработку, твердости
обрабатываемого материала и других факторов применяют адап-
тивные системы управления. В системе предусмотрено несколько
датчиков, которые при изменении соответствующих параметров
вырабатывают сигнал и подают его в систему управления, тем са-
мым вносится необходимая корректировка в программу.
568
§ 3. Программоносители; устройства для записи
и ввода программ
В станках числовогр программного управления вся информа-
ция, необходимая для обработки детали, задается в цифровом
виде. Программа представляет набор отдельных чисел и цифр,
следующих в определенном порядке. Такая числовая программа
Рис. XXIII.2. Участок перфоленты с нанесенной программой
не может быть непосредственно воспринята и отработана устрой-
ством управления станка. Для этого она должна быть закодиро-
вана в определенной системе счисления и нанесена на программо-
носитель в виде записи, которая может быть считана и воспринята
устройством, предназначенным для ввода программы в станок.
Поэтому при создании системы числового программного управле-
ния необходимо выбрать программоноситель, метод кодирования
числовой программы и способ
записи ее на программоноситель.
В настоящее время в станках
с числовым программным управ-
лением применяются четыре ос-
новных типа программоносите-
лей: перфорированные ленты,
перфорированные карты, маг-
нитные ленты и переключатели
(штекерные и кнопочные).
Перфоленты. В качестве про-
граммоносителя используется
телеграфная перфорированная
лента (рис. XXIII.2) шириной
17,5 мм для пятидорожечной
записи и 22; 5 мм для шести- и семидорожечной записи. Диа-
метр кодирующих отверстий 1,8 мм. Наряду с телеграфной
перфолентой используется также перфорированная кинолента
шириной 35 мм. Достоинством перфоленты является ее небольшая
стоимость и наличие недорогих стандартных перфораторов для
нанесения программы.
На рис. XXIII.3 показан перфоратор для записи программы
вручную. При нажатии на соответствующие кнопки 1 замыкаются
контакты <2, включающие устройство для пробивки отверстий на
перфоленте
669
При использовании двоично-десятичного кода цифры на кла-
виатуре перфоратора изображаются в десятичной системе счисле-
ния, причем перевод цифр десятичной системы и пробивка их в дво-
ично-десятичной системе осуществляются перфораторами автома-
тически при нажатии соответствующей кнопки.
Для считывания программы, записанной на перфоленте, приме-
няются электромеханические, фотоэлектрические и пневматические
устройства.
На рис. XXIII.4 приведены схемы считывающих устройств.
В электромеханическом контактном устройстве (рис. ХХШ.4,а)
лента 1 протягивается между контактным барабаном 2 и контак-
тами 3. Контакты прижимаются к ленте слабой пружиной 4, При
наличии отверстия контакты замыкаются и сигналы подаются
к исполнительному механизму.
а;	у
Рис. XXIII.4. Схемы считывающих устройств
При фотоэлектрическом считывании (рис. XXIIL4, б) с одной
стороны перфоленты 1 располагается источник света 2, с другой —
фотосопротивление 3. От лампы 2 свет проходит через линзу 4,
Фотоэлектрическое считывание превосходит по скорости другие
способы, но дороже их.
При пневматическом считывающем устройстве (рис. XXIII. 4, в)
сжатый воздух, поступающий по трубе 1 в камеру 2, проходит через
отверстия перфоленты 3 и плиты 4 в трубки 5, каждая из которых
подведена к датчику сигналов.
Перфокарты (рис. XXIII.5) применяются в станках с програм-
мным управлением ограничено, несмотря на то, что для записи
и считывания программ существует широкий комплект оборудо-
вания. Перфокарта в ряде случаев служит одним из элементов
комплекта подготовки программы для автоматического программи-
рования. В СССР используются перфокарты на 45 и 80 колонок,
запись на которых производится стандартными перфораторами.
Считывание перфокарт производится аналогично считыванию
перфолент. К недостаткам перфокарт следует отнести: сравни-
тельно небольшой объем информации, размещающийся на одной
карте; высокую стоимость и большие габариты оборудования для
670
обработки перфокарт; невозможность исправления неправиль-
ных пробивок.
Магнитные ленты. Магнитная лента представляет собой ленту
из ацетилцеллюлозы, покрытую тонким слоем ферромагнитной
Рис. XXII 1.5. Перфокарта с нанесенной программой
эмульсии. Запись числовых кодов на магнитную ленту осуществля-
ется путем местного намагничивания отдельных ее участков.
Принципиально процесс магнитной записи и воспроизведения
происходит по схеме, представленной на рис. XXIII.6. Записы-
ваемый сигнал подается на вход усилителя записи и после усиления
поступает в обмотку магнитной записы-
вающей головки. Лента 2 перемещается
с постоянной скоростью относительно за-
зора 3 записывающей головки. Перемен-
ное магнитное поле, действуя на ферро-
магнитный слой, изменяет его магнитное
состояние. В результате отдельные участки
ленты приобретают различные значения
остаточного намагничивания соответствен-
но величине записываемого сигнала.
Записывающая головка состоит из двух
полуколец 4 и 5, набранных из пластин
пермаллоя (сплав 80НХС) толщиной
0,08 мм. На полукольца (сердечник) намо-
таны катушки 7. В нижней части сердеч-
4	5
Рис. XXIII.6.	Схема
записи на магнитную
ленту
ника имеется зазор 3 величиной 0,01 —
0,02 мм. При пропускании переменного тока через обмотку ка-
тушек в рабочем зазоре возникает переменное магнитное поле,
которое, действуя на движущуюся магнитную ленту, оставляет
на ней «следы» в виде элементарных магнитных штрихов. Если
ленту с записью перемещать относительно зазора воспроизводя-
щей магнитной головки, то будет происходить процесс, обратный
описанному выше.
571
Для записи программ в станках с ПУ в СССР преимущественное
распространение получила перфорированная магнитная лента
шириной 35 мм. Кроме магнитной ленты, в системах программного
управления находят применение магнитные барабаны. Они исполь-
зуются при ограниченном объеме информации.
При ручном вводе программы в станках с программным управ-
лением в основном применяют штеккерные панели (рис. ХХШ.7,а),
панели переключателей (рис. XXIII.7, б), кнопочные панели и
кулачковые барабаны. Эти программоносители чаще всего приме-
няют для станков циклового программного управления.
На рис. XXIII.7, а показана штеккерная панель для задания
программы фрезерного станка 6Л12П, набранная из телефонных
рамок. Имеются также штеккерные панели, разработанные спе-
циально для задания программ в металлорежущих станках. Для
а)
Рис. XXIII.7. Панели для фиксации программы:
а — штеккерная панель; б — панель переключателей
ускорения набора программы на штеккерных панелях в качестве
программоносителя может быть использована накладная перфо-
карта. Перфокарту накладывают на панель и через отверстия,
пробитые в перфокарте в соответствии с программой, вводят штек-
керы в гнезда. Перфокарты для панелей можно изготовлять любым
способом печати или копирования (фотокопия, светокопия и др.).
Задание программы на кнопочных панелях аналогично штек-
керным панелям. На таких панелях используют кнопочные эле-
менты с фиксацией. Панели переключателей имеют двухпозицион-
ные или многопозиционные переключатели. В результате простоты
задания программы, быстрой переналадке, сохранности программы
для повторных использований, наглядности штеккерных панелей,
они получили более широкое распространение по сравнению с кно-
почными панелями, панелями переключателей и кулачковыми
барабанами.
Задание программы на кулачковых барабанах производится
установкой кулачков в гнездах барабана. Количество гнезд вдоль
образующей барабана определяет максимально возможное число
программируемых параметров. Количество гнезд по окружности
барабана определяет число возможных этапов программы. Кулач-
572
ки, действуя на контакты или конечные выключители, включают
соответствующие исполнительные органы станка. В качестве ку-
лачков используются штифты, шарики, профилированные шайбы.
Примером применения штифтов может служить командоаппарат
станка 6А12П.
§ 4. Кодирование программы
Одним из наиболее важных вопросов числового программного
управления станками является выбор способа кодирования цифро-
вой информации. Под кодом понимают совокупность цифровых
символов, каждая из которых однозначно эквивалентна какой-
либо команде, необходимой для управления станком.
Информация, характеризующая цифровую программу, может
быть задана в .различных системах счисления — десятичной, двоич-
ной и двоично-десятичной.
В десятичной системе (десятичный код) основанием является
число 10. Для получения произвольного числа в данном случае
требуется десять цифр: 0, 1, 2, 3, ..., 9. Любое целое многозначное
число может быть представлено в виде суммы членов, состоящих
из цифр числа, каждая из которых в зависимости от ее порядка
должна быть умножена на 10 в соответствующей целой степени.
Например: 7856 = 7 X 103 + 8 х 102 + 5 X 101 + 6 х 10°.
Для фиксации числа в десятичном коде необходим уча-
сток перфоленты (перфокарты), состоящий из десяти строк
(рис. XXIIL8). Каждая из строк соответствует одной из цифр от
0 до 9. Количество вертикальных дорожек равно количеству зна-
ков в числе. Так, для фиксации четырехзначного числа необ-
ходимо четыре дорожки, для семизначного — семь и т. д. На
рис. XXIII.8, а зафиксировано число 5281. Для этого на первой
дорожке пробито отверстие (залито черным) в строке, соответствую-
щей цифре 1, на второй дорожке — в строке, соответствующей
цифре 8, и т. д. Запись того же числа при расположении разрядов
поперек ленты представлена на рис. XXIII.8, б.
Десятичный код отличается наглядностью, так как он позво-
ляет визуально прочесть зафиксированное число. Существенным
недостатком десятичного кода является значительное увеличение
размеров программоносителя и усложнение считывающих уст-
ройств, вследствие чего десятичный код применяется крайне редко.
Двоичный код базируется на двоичной системе счисления.
В двоичной системе основание равно 2. Любое многозначное число
в двоичной системе может быть представлено в виде суммы степе-
ней числа два с соответствующими коэффициентами, причем коэф-
фициенты могут принимать только два значения: 0 и 1. Так, на-
пример, число 13 можно представить:
1 х23 + 1 х22 + 0х21 + 1 X 2° = 8 + 4 + 0 +1 = 13.
Выписав коэффициенты степеней числа два, получим запись
числа 13 в двоичной системе: *1101.
573
Одна из важных особенностей двоичной системы заключается
в том, что в этой системе наиболее просто осуществляется физи-
ческое представление чисел. Действительно, использование для
записи числа всего лишь двух символов дает возможность пред-
ставлять любые числа с помощью элементов, имеющих только два
состояния. Это может быть включенное или выключенное состоя-
ние электронной лампы, наличие или отсутствие отверстий в пер-
форированной ленте и т. д. Запись любых чисел с помощью двух
символов упрощает создание ряда узлов систем программного
управления.
0 12 3 9 5 6 7 8 9
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ “И 4~ +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + 4-4-
+ + + +
4—Н 4—I-
0
1
2
3
4
5
6\
7
8
9
Тысячи
Сотни
Десятки
Единицы
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++ + + + + + ++ +
Рис. XXIII.8. Запись числа в десятич-
ной системе:
а — вертикальное расположение разрядов;
б — горизонтальное расположение разрядов
Число, представленное в двоичной системе, переводится в деся-
тичную путем определения суммы соответствующих степеней
двойки. Так, например, число в десятичной системе, эквивалентное
числу 11001, представленному в двоичной системе, будет равно
многочлену 1 X 24 + 1 X 23 + 0 X 22 + 0 X 21 +1 X 2° = 25.
Первый член многочлена представляет собой произведение первого
знака двоичного числа на основание системы (2) в степени, равной
числу знаков, следующих после этого знака вправо. Аналогично
находят и другие члены многочлена. Для перехода от записи чисел
в десятичной системе к записи их в двоичной системе десятичное
число следует разделить на два и записать остаток, частное вновь
разделить на два и записать остаток и так продолжать деление до
тех пор, пока частное не будет равно единице. Эта единица и остатки
всех предыдущих делений образуют двоичное число, эквивалент-
ное исходному десятичному. Так, для числа 19 будет:
Делимое
19
9
4
2
Делитель
2
2
2
2
Частное	Остаток
9	1	fr
4	1
2	0
1	-------->	0
574
В двоичной системе число 19 запишется так: 10011.
Изображение цифр от 0 до 9 десятичной системы в двоичной
и их обозначение на перфоленте приведены на рис. XXIII.9, а.
Цифра 1 записывается в обоих системах одинаково. Цифра 2 запи-
сывается в двоичной системе как 1 во втором разряде и 0 в первом
разряде. Цифра 3 записывается как сумма чисел 2 и 1, т. е. 1 во
втором и 1 в первом разрядах. Цифра 4 записывается как 1 в третьем
разряде. Цифра 5 записывается как сумма чисел 4 и 1, т. е. 1
в третьем и 1 в первом разрядах и т. д.
На рис. XXIII.9, б представлена запись числа 5281 на перфо-
ленте в двоичной системе. Как видно, изображение числа 5281
в двоичной системе требует всего одной строчки, в которой зафик-
сировано 13 символов (единицы и нули). Изображение того же
Десятая- Двоичные 5281= 1010010100001
ные числа числа
0
1
10	б)
11
100
101
110
111
1000
1001
Рис. XXII 1.9. Запись
числа в двоичной си-
стеме
0
1
2
б
7
8
9
IVIII II I
Разряды
о)
числа в десятичной системе приведено на рис. XXIII.8. При двоич-
ном коде величина программоносителя может быть значительно
уменьшена, а конструкция считывающих устройств упрощена.
Однако применение двоичного кода связано с рядом затрудне-
ний. Во-первых, при ручном программировании затруднительны
расчеты, связанные с двоичным кодированием. Во-вторых, его
чтение требует определенного навыка. В-третьих, становится не-
возможно использовать обычные перфораторы для записи програм-
мы, так как при двоичном коде количество разрядов может дости-
гать 20.
Для записи больших чисел, например пятизначных, шести-
значных и т. д., двоичный код становится менее удобным, так как
необходимо большое число каналов или большое число мест в одном
канале. Например, число 75 931 в двоичной системе имеет обозна-
чение 10010100010011011. Для его записи в двоичном коде потре-
буется семнадцать каналов и одна строка или один канал и сем-
надцать мест в нем, в то время как для записи этого числа в деся-
тичном коде необходимо пять каналов и десять строк.
575
В таких случаях для записи чисел может быть использован
двоично-десятичный код. Здесь сохраняются десятичные разряды
(разряды’единиц, десятков, сотен и т. д.), но цифры в каждом из
разрядов записываются двоичным кодом. Для записи любой из
десяти цифр в этом коде достаточно четырех Каналов, а для записи
любого числа требуется четыре канала и количество строчек, рав-
ное количеству разрядов числа. Так, например, для записи любого
2^ ?15	21г 211 210 2$ 2® 27 26 25 2^ 23 22 21 2°
О 4-+ О 4-О + -ь 4- О + + О О 4- о оП
4
/04 10J 10г 101 10°
1
2
3
Ь
5
S
7
8
9
О
-1__I_I__I___L.
4- 4- + 4- О
4-4-4--I-4-
4-4-4-0 4-
4-	4-	4-	4-	4-
4-	О	4-	4-	4-
4-	4-	4-	4-	4-
О	4-	4-I-F 4-
4-	+	4-I4-4-
4-4-0 4-4-
4-	4-	4- 4- 4-
10*
707
W 2
11}1
10°
+	0.00
+	0	+	0
О	4-	4-	О
4-4-100
4-	4-	|	4-	О
2? 22 21 О

5)
Рис. XXIII. 10. Запись числа в разных кодах
пятизначного числа в двоично-десятичном коде требуется четыре
канала и пять строк, т. е. площадь ленты, достаточная для раз-
мещения двадцати отверстий.
На рис. XXIII.10 показана запись числа 75 931 в двоичном
(рис. XXIII.10, а), в десятичном (рис. XXIII.10, б) и в двоично-
десятичном коде (рис. XXIII.10, в).
После считывания с программоносителя закодированная число-
вая программа претерпевает в системе управления обратный про-
цесс декодирования. В системах координатного управления деко-
дирование цифровой программы осуществляется обычно непосредст-
венно системой программного управления, установленной у станка.
В системах контурного управления для декодирования число-
вой программы применяются специальные устройства, так назы-
576
ваемые интерполяторы (кодовые преобразователи). Это сложные
электронные устройства, которые могут встраиваться в систему
программного управления, а также находиться отдельно от него.
Особенностью систем числового управления является то, что
исходная программа задается в виде отдельных числовых блоков
информации или кадров, которые рассчитываются по чертежу
детали только для конечного числа точек на ее поверхности. В сис-
темах контурного управления эти точки называются опорными.
При этом заданный контур между опорными точками аппроксими-
руется в интерполяторе отрезками прямых линий или кривыми.
В случае, если интерполятор эксплуатируется отдельно от
станка, декодированная числовая программа, получаемая с интер-
полятора, записывается на промежуточный программоноситель
(обычно на магнитную ленту) в виде командных импульсов или
сдвига фазы, которые уже непосредственно могут быть использо-
ваны для управления станком. В связи с этим для систем контур-
ного управления различают кодированную и декодированную за-
писи программ. Однако применение декодированной программы
не исключает необходимости кодирования программ и записи их
на программоноситель в кодированном виде. В этом случае исход-
ная кодированная.программа вводится не в систему управления
станка, а в промежуточное устройство, которым является интер-
полятор. Следовательно, по виду входной информации системы
контурного программного управления делятся на две основные
группы: 1) системы с кодированным заданием программы (на перфо-
ленте, перфокарте, магнитной ленте и т. д.) и встроенным интер-
полятором; 2) системы с декодированным заданием программы в
унитарном коде или в аналоговом виде (фазовые системы).
По мере повышения надежности и удешевления электронных
элементов, увеличения числа одновременно управляемых коорди-
нат станка системы первой группы становятся доминирующими.
К достоинству систем со встроенным интерполятором следует
отнести простоту автоматического регулирования режимов реза-
ния.
Наряду с указанными двумя группами контурного управления
в последнее время появились системы, в которых станок управля-
ется непосредственно от ЦВМ. Такая система особенно целесооб-
разна в том случае, когда ЦВМ управляет технологическим про-
цессом, в котором участвуют станки с числовым программным
управлением.
§ 5. Подготовка программ для станков
с числовым управлением
Подготовка программ для станков с позиционными системами
числового управления, где перемещения инструмента (или заго-
товки), как правило, осуществляются по прямолинейным траек-
ториям, не представляет больших затруднений и может быть осу-
577
ществлена программистом без использования специальных средств
вычислительной техники.
Подготовка программ для контурных систем управления пред-
ставляет собой трудоемкий процесс. Для составления программы
необходимо знать форму и размеры обрабатываемой детали, вели-
чины припусков, характер и последовательность обработки, тре-
буемую точность обработки, шероховатость обработанной поверх-
ности и др.
Для получения требуемой формы и размеров обрабатываемой
детали станок должен обеспечить соответствующие перемещения
заготовки и инструмента. У большинства станков с программным
управлением движения рабочих органов совершаются по двум или
трем взаимно перпендикулярным направлениям, которые можно
рассматривать, как координатные оси некоторой системы коорди-
нат. Такую систему координат называют «абсолютной». Ось X —
направление продольной подачи, ось Y — поперечной и ось Z —
вертикальной. Начало координат располагают в определенной
точке в зависимости от типа станка. За положительное перемещение
рабочих органов станка относительно начала координат прини-
мается: продольное — влево, поперечное — от рабочего, верти-
кальное — вниз. В обычных машиностроительных чертежах раз-
меры поверхностей даются в виде расстояний между определенными
точками, значениями радиусов дуг окружностей и т. д. Задачей
технолога-программиста является преобразование этой информа-
ции в форму, позволяющую осуществить автоматическое управле-
ние технологическим процессом. Перед разработкой технологичес-
кого процесса по профилю детали проставляется ряд опорных точек
и указываются значения их координат относительно произвольно
выбранного на чертеже начала. Такую систему координат называют
относительной. Хотя начало относительной системы координат
выбирается произвольно, все же рекомендуется при изображении
проекций чертежа в плоскости XY располагать это начало слева
внизу (за пределами проекции), а при изображении проекции
в плоскостях XZ и YZ начало располагать слева над проекцией
детали, что позволит оперировать только с положительными зна-
чениями координат.
При установке детали на станке оси относительной системы
координат по направлению должны совпадать с направлением
соответствующих осей абсолютной системы координат станка.
На рис. XXIII.И показаны примеры деталей, обрабатываемых
на токарных и фрезерных станках с ПУ, с нанесенными опорными
точками 7, 2, 3 и т. д. и осями координат. После выбора начала
относительной системы координат намечают траекторию движения
инструмента и заготовки. Так, для детали, приведенной на
рис. XXIII.11, а, — это траектория движения режущей кромки
резца, а для детали, показанной на рис. XXIII.И, б, — это
траектория движения центра фрезы (эквидистанта контура
детали).
578
Контур обрабатываемой детали разбивают на отдельные участки
и проставляют опорные точки. За опорные точки принимают, как
правило, точки сопряжения отдельных участков профиля, вершины
углов, центры дуг окружностей и др. При обработке криволиней-
ного профиля траектория движения инструмента разбивается на
ряд участков (промежуточные опорные точки а, в, с, d и т. д.),
в пределах которых криволинейный профиль заменяется прямыми
линиями (линейная аппроксимация), дугами окружностей, либо
параболой, проходящей через три
соседние точки. Чем больше при-
нято промежуточных точек, тем
точнее будет получаться профиль,
но это приводит к увеличению тру-
доемкости при расчете программы.
Следующим этапом подготовки
программы является вычисление
координат опорных и промежу-
точных точек. Этот процесс осуще-
ствляется интерполяторами, в ко-
торые вводятся уравнения, описы-
вающие траекторию движения
инструмента. Интерполяторы по
заданной информации о коорди-
натах опорных точек вырабаты-
вают командные импульсы по ко-
ординатам станка. Число импуль-
сов определяет величину переме;
щения рабочего органа станка, а
частота импульсов — скорость пе-
ремещения.
Получаемые на выходе интер-
и фрезерных (б) станках с про-
граммным управлением
полятора командные импульсы
используются для непосредственного управления станком (в слу-
чае встроенного интерполятора в станок) или записываются на
промежуточный программоноситель (при выносном интерполяторе).
Все полученные данные по расчету программы заносят в специаль-
ную операционную карту, в которой указываются участки обра-
ботки (0—1, 1—2 и т. д.), характер обрабатываемого контура (под-
вод фрезы, прямая, окружность), значения координат опорных
точек или длину пути хода инструмента (число импульсов), ско-
рость перемещения (частота импульсов).
§ 6. Примеры станков с программным управлением
В настоящее время нашей промышленностью освоены и выпус-
каются станки с программным управлением — токарные, сверлиль-
ные, расточные, шлифовальные, фрезерные и др. Директивами
XXIV съезда КПСС намечено за пятилетний период увеличить
579
выпуск станков с числовым программным управлением в
3,5 раза.
В авиационной промышленности применяют различные виды
станков с программным управлением: вертикально-фрезерные стан-
ки с числовым программным управлением типа 6Н13ГЭ-2 для мало-
габаритных деталей, станки типа ФП-7 для крупногабаритных
деталей, токарные станки типа
1К62ПУ и др.
Станок 6Н131Э-2 предназна-
чен для обработки простран-
ственно сложных поверхностей
(штампов, пресс-форм) и все-
возможных плоских кулачков.
Внешний вид станка 6Н13ГЭ2-
M
Рис. XXIIL12. Станок 6Н13ГЭ-2 с пультом управления
с пультом управления представлен на рис. XXIIL12. Диапазон
частот вращения шпинделя 30—1500 об/мин, диапазон подач стола
по координатам при программном управлении 0—800 мм/мин.
Станок допускает быструю переналадку и может быть исполь-
зован в серийном, мелкосерийном и единичном производствах.
Кинематическая схема станка 6Н13ГЭ-2 представлена на
рис. XXIIL13. В станке применена разомкнутая система цифро-
вого программного управления с шаговым приводом подач. Про-
грамма записывается на магнитной ленте в виде ряда последова-
тельных импульсов. Принципиальная структурная схема системы
программного управления станком 6Н13ГЭ-2 представлена на
рис. XXIII.14. Система состоит из следующих элементов: ленто-
протяжного механизма и магнитной ленты 7, считывающей маг-
нитной головки 2, усилителей импульсов 5, формирователей им-
пульсов 4, узла распределения импульсов 5, усилителей 6,
шаговых двигателей 7 и гидравлических усилителей крутящих
моментов 8.
580
Рис. XX111.13. Кинематическая схема станка 6Н13ГЭ-2:
М,	М3 — шаговые электродвигатели; Гь Г2, Г3 — гидро-
моторы
Рис. XXIII.14. Структурная схема системы ПУ станка 6Н13ГЭ-2
581
В зависимости от типа используемого пульта управления про-
грамма записывается на магнитную ленту шириной 19 мм (для
пульта ПРС-2-60) или 35 мм (для пульта ПРС-3-61). Длина ленты
в одной бобине 500 м. При скорости считывания 100 мм/с обеспечи-
вается непрерывная работа станка около 1,5 ч. На магнитной ленте
размещается шесть дорожек. На каждую из управляемых коорди-
нат (X, Y и Z) приходится по две дорожки: одна дорожка исполь-
зуется для записи числа шаговых перемещений ротора двигателя
в одном направлении, а другая — в противоположном. На маг-
нитной ленте программа записывается импульсами с помощью
г	линейного интерполятора
с вводом от перфоленты.
/	лМк	\//~\	Соответственно шести до-
/	//	рожкам ленты магнитная
/	/	головка имеет шесть ка-
/	~~ /Ш тУшек- Сигналы, возни-
кающие в обмотках кату-
шек, подаются на усили-
тель 5, а после усиления
направляются в формиро-
ватель импульсов 4. Для
каждой дорожки ленты
предусмотрен отдельный
усилитель и формирова-
тель импульсов. Эти им-
пульсы подаются на вход
узла распределения 5, ко-
торый предназначен для
распределения их по фазам
шагового электродвигате-
ля. Шаговый электродви-
гатель обеспечивает заданное перемещение исполнительного органа
станка через золотник гидравлического следящего устройства
и гидравлического усилителя крутящих моментов (гидромотора)
типа МГ-18-14М (см. рис. XIII.7). Выходной вал одного гидромо-
тора связан с ходовым винтом продольной подачи, выходной вал
второго — с ходовым винтом поперечной подачи, а третьего —
с винтом подачи пиноли.
Привод с шаговыми электродвигателями позволяет осуществить
дискретные перемещения рабочих органов без датчиков обратной
связи, что существенно упрощает систему программного управ-
ления.
| На рис. XXIII.15 приведена конструктивная схема трехста-
торного шагового электродвигателя. Он состоит из ротора 7, ста-
тора 2 и имеет вдоль оси три секции /, 77, III. В каждой секции
на магнитах статора имеются обмотки 5, которые подключены
к узлу распределения импульсов. На роторе имеется столько же
полюсов 4 сколько и на статоре. Полюсы ротора также разделены
Рис. XXI 11.15. Схема трехстаторного ша-
гового электродвигателя
582
на три секции, но каждая из них смещена по окружности относи
тельно смежной секции на г/3 межполюсного расстояния. Если
полюсы секции 1 ротора располагаются против полюсов статора
(рис. XXIIL16, а), то полюсы секции 2 ротора (рис. XXIIL16, б)
смещены относительно полюсов статора на 1/3, а полюсы секции 3
(рис. XXIII. 16, в) — на 2/3 межполюсного расстояния t. При по-
даче напряжения в секцию 1 ротор будет неподвижен, так как
в этом положении он имеет минимальное магнитное сопротивление.
При подаче напряжения в секцию 2 ротор повернется против часо-
вой стрелки на х/3 межполюсного расстояния и полюсы ротора этой
секции встанут против полюсов статора, т. е. установятся в поло-
жение наименьшего магнитного сопротивления. При подаче на-
пряжения в секцию 3 ротор снова повернется против часовой
Рис. XXIII.16. Схема работы шагового электродвигателя
стрелки на г/3 шага и т. д. Последовательная подача импульсов
из узла распределения на обмотки электромагнитов статора соот-
ветствующих секций вызывает прерывистое (шаговое) вращение
ротора. Направление вращения ротора зависит от последователь-
ности подачи напряжения в обмотки статора.
Общими недостатками трехстаторных шаговых двигателей
являются отсутствие электромагнитной связи между обмотками
управления, а также технологические трудности обеспечения точ-
ной установки пакетов ротора (или статора) при сборке, особенно
для двигателей с малым шагом.
Эти недостатки устраняются в конструкциях шаговых двига-
телей редукторного типа (рис. XXIII.17). Зубцы ротора соосны
с зубцами одцой диаметрально расположенной пары полюсных
зубцов статорА. В двух других парах полюсов зубцы ротора сме-
щены относительно зубцов статора на г/3 шага зубцов соответст-
венно по й против часовой стрелки. Поэтому каждому переклю-
чению обмоток управления соответствует поворот ротора на х/8 шага
зубцов, а направление вращения зависит от последовательности
подачи питания на обмотки.
В системах программного управления станков шаговые двига-
тели используются для перемещения управляющего золотника
583
гидромотора. Управляющий золотник преобразует шаговые пере-
мещения выходного вала шагового электродвигателя в точно отме-
ренные количества масла, поступающего в гидромотор. Таким
образом, гидромотор вращается с теми же шагами, что и вал шаго-
вого двигателя, усиливая крутящий момент маломощного шагового
электродвигателя в 200—300 раз. Кроме того, гидромотор сглажи-
вает колебания, которые вызываются прерывистым вращением
вала электродвигателя. Гидроусилитель имеет высокий к. п. д.
во всем диапазоне скоростей, широкий диапазон регулирования и
малую инерционность.
Каждый импульс, считанный с магнитной ленты, вызывает
перемещение исполнительного органа станка на 0,025 мм. Коли-
Рис. XXIIL17. Схема редуктор-
ного шагового электродвигателя
конструкции ЭН ИМ С:
1 — полюсы статора; 2 — ротор;
3—в — обмотки
чество импульсов, записанных на
данной дорожке ленты, опреде-
ляет величину перемещения, а
частота их — скорость движения.
В станке применены ходовые вин-
ты с шариковыми гайками (см.
рис. XIII.24). Отклонения от ве-
личины заданного перемещения
по координатам X и Y не превы-
шают 0,01 мм. Величина динамиче-
ской ошибки при изменении ско-
рости подач незначительна и прак-
тически может считаться равной
нулю. Погрешность обработки
деталей с учетом всех технологи-
ческих факторов (отжатие инстру-
ментов, биение фрезы и неточно-
сти программирования) не превы-
шает 0,05 мм для деталей, имею-
щих контур в виде окружности.
В настоящее время выпускаемые станки 6Н13ГЭ-2 оснащаются
пультом управления ПРС-ЗК для магнитной ленты шириной 35 мм
на девять дорожек со скоростью протягивания ленты 200 мм/с.
Бесконсольный вертикально-фрезерный станок ФП-7 предна-
значен для обработки крупногабаритных деталей летательных
аппаратов, имеющих сложные фасонные поверхности. На станке
можно обрабатывать, как стальные заготовки, так и заготовки из
легких сплавов. Станок оснащен трехкоординатной системой
числового программного управления с записью программы на маг-
нитную ленту.
Гидрокинематическая схема станка показана на рис. XXIII. 18.
Обрабатываемая заготовка закрепляется на столе 1 и получает
продольное перемещение. Поперечная и вертикальная подачи
сообщаются фрезе. Шпиндель 2 фрезы получает вращение от элект-
родвигателя через коробку скоростей и обеспечивает восемь
частот вращения в пределах 185—2055 об/мин. Вертикальная и по-
584
перечная подачи осуществляются от гидромоторов соответственно
М4 и Мь через коробки передач и шариковые ходовые винты и на-
ходятся в пределах 25—1650 мм/мин. Привод 3 продольной подачи
стола аналогичен приводу поперечной подачи. Обратная связь от
приводов подач обеспечивается вращающимися трансформаторами
Рис. XXI 11.18. Гидрокинематическая схема станка ФП-7:
1 — стол} 2 — шпиндель; 3 — привод продольного перемещения стола; 4 — радиалыго-
поршневые насосы: 5 — сервопоршень; 6 — электромеханический преобразователь; 7 —
редусин; 8 — шестеренчатый насос
типа ВТМ-1В. Требуемые величины подач обеспечиваются регули-
рованием производительности радиально-поршневых насосов 4,
подающих рабочую жидкость к гидромоторам. Производительность
насоса регулируется изменением угла наклона цилиндрового блока
посредством сервопоршня 5, который управляется золотником
с электромеханическим преобразователем 6. Величина перемеще-
585
пия (открытия) золотника зависит от величины сигнала, поступаю-
щего к электромеханическому преобразователю, в котором имеется
две катушки. Увеличение тока в той или другой катушке вызывает
смещение сердечника вместе с золотником. По мере перемещения
сервопоршня 5 из среднего положения поворачивается вал реду-
сина 7, выполняющего роль обратной связи в цепи электромеха-
нический преобразователь — золотник — сервопоршень.
Сигнал от редусина имеет обратное направление по отношению
к сигналу, поступающему к электромеханическому преобразо-
вателю. Когда сервопоршень повернет цилиндровый блок насоса
на угол, соответствующий требуемой производительности насоса,
сигнал от редусина выравнивается по величине с сигналом, посту-
пающим к электромеханическому преобразователю, но вследствие
Рис. XXIII.19. Структурная блок-схема управления одной
из координат станка ФП-7
того, что он имеет обратное направление, разность токов в обмотках
преобразователя будет равной нулю и золотник вернется в среднее
положение. При этом гидромотор будет вращаться с заданной ско-
ростью. Насос и гидромотор соединены между собой по замкнутой
схеме. Внутренние утечки масла в насосе и гидромоторе возме-
щаются шестеренчатым насосом S, который одновременно подает
масло для питания системы управления (золотник — сервопор-
шень). Золотник вместе с сервопоршнем, электромеханическим
преобразователем и редусином образуют замкнутую электрогидрав-
лическую следящую систему.
Редусин осуществляет преобразование механического враще-
ния ротора в фазомодулированный сигнал, аналогично вращаю-
щемуся трансформатору. Отличительной особенностью редусина
является то, что в нем осуществляется внутренняя электрическая
редукция. За один оборот ротора редусина фаза его выходного
напряжения меняется несколько раз, в данном случае 15. Станок
ФП-7 оснащен фазовой системой программного управления На
рис. XXIII.19 приведена структурная блок-схема управления
одной из координат. Программа вводится в станок магнитной лен-
586
той МЛ на девять дорожек и считывается магнитной головкой ГМ.
Рабочий сигнал X и опорный О считываются одновременно с двух
дорожек и затем усиливаются в усилителях УС и УОС. На входы
фазового дискриминатора ФД, выполняющего роль сравнивающего
устройства системы управления, поступают два сигнала — рабочий
и сигнал обратной связи. На выходе ФД появляется сигнал, кото-
рый после усиления в усилителе УПТ действует на электромеха-
нический преобразователь ЭМП и жестко связанный с ним золот-
ник управления ЗУ. Смещение золотника пропорционально вели-
чине поступающего на ЭМП сигнала. В зависимости от величины
перемещения золотника управления, перемещается поршень серво-
цилиндра СЦ, изменяется производительность насоса ГН, как
об этом было сказано выше, гидродвигатель ГД получает тре-
буемые обороты, а рабочий орган станка — требуемое переме-
щение по данной координате К. При перемещении сервопоршня
поворачивается ротор редусина Р, выполняющего роль датчика
обратной связи во вспомогательной следящей электрогидравли-
ческой системе управления производительностью гидронасо-
сов ГН.
Роль датчика главной обратной связи ГО выполняет вращаю-
щийся трансформатор ВТР, связанный с валом гидродвигателя.
Датчики внутренней обратной связи Р и главной обратной связи
ГО электрически соединены последовательно, так что фазы сигна-
лов на их выходах складываются.
Последовательно, с указанными выше датчиками, включается
вращающийся трансформатор ВТР для ручного управления при
работе, а также для установки нулевого положения программы.
Таким образом, на вход У ВТ поступает сигнал в виде фазы, рав-
ный сумме трех сигналов от датчика внутренней обратной связи
и главной связи и вращающегося трансформатора. В фазовом
дискриминаторе ФД этот суммарный сигнал сравнивается с рабо-
чим сигналом, поступающим с магнитной ленты. В общем случае
сумма этих сигналов должна равняться нулю. На вход редусина Р
подается опорный сигнал от генератора Г с частотой / = 250 Гц,
считанный с магнитной ленты и усиленный в усилителе УОН
опорных напряжений.
На станке предусмотрено также ручное управление перемеще-
нием рабочих органов. Регулировка величины подач осуществля-
ется поворотом рукоятки регулятора скорости PC. В качестве регу-
ляторов скорости использованы вращающиеся трансформаторы.
Как только рукоятка PC смещается из своего нулевого положения,
замыкаются контакты конечного выключателя и срабатывает реле
РП. Контакты реле размыкают главную обратную связь и пере-
ключают систему управления на внутреннюю обратную связь,
которая обеспечивает регулирование производительности гидро-
насосов. Таким образом, поворачивая рукоятку PC на определен-
ный угол (в одну или другую сторону), можно задавать требуемую
величину перемещения стола, ползуна или шпиндельной бабки.
587
Выше указывалось, что внутренняя электрическая редукция
редусина равна 15. При повороте блока цилиндров насоса на 12°
ротор редусина также повернется на 12° и редусин может попасть
в так называемый ложный нуль (12° х 15 = 180°), что может
привести к потере управления системой.
Для исключения этого явления система управления гидропри-
водами включена так, что по окончании цикла блок цилиндров,
а следовательно, и ротор редусина возвращаются в нулевое поло-
жение. Управление осуществляется кулачками, закрепленными на
роторе редусина, и конечными выключателями. Ограничение хода
исполнительных органов осуществляется конечными выключате-
Рис. XXIII.20. Схема станка 1К62ПУ
лями. Приспособление на столе базируется в поперечном направ-
лении по среднему пазу, а в продольном направлении — по калиб-
рованному отверстию ф 20 мм, которое одновременно является и на-
чалом координат по осям X и У. Началом координат по оси Z явля-
ется точка верхнего крайнего положения шпиндельной головки.
Токарный станок 1К62ПУ (1К62ФЗ-С1) с числовым программ-
ным управлением спроектирован на базе станка 1К62. Станок по-
зволяет производить обработку тел вращения любого профиля
в один или несколько проходов. Станок имеет два резцедержате-
ля — передний и задний. Схема станка показана на рис. ХХШ.20.
Скорость резания на станке не программируется. Требуемые час-
тоты вращения шпинделя, в пределах 12,5—2000 об/мин, устанав-
ливаются вручную, посредством коробки скоростей. В станке
отсутствуют коробка подач, механизм фартука и ходовой валик.
Продольная и поперечная подачи осуществляются шариковыми
ходовыми винтами от гидромоторов Г\ и Г2 (гидроусилители), ко-
торые управляются шаговыми электродвигателями и Д2. В
588
станке применена разомкнутая система контурного управления
с шаговыми двигателями. Программа записывается на девятидо-
рожечной магнитной ленте шириной 35 мм.
В программе фиксируются данные, определяющие траекторию
движения режущего инструмента, величины подач, глубину реза-
ния, число проходов, очередность работы переднего и заднего рез-
цов.
При перемещении ленты в протяжном механизме 1 блок 2 маг-
нитных головок считывает программу и подает импульсы на усили-
тели 5. После усиления им-
пульсы подаются на шаговые
двигатели Дх и Д2. Последние
перемещают управляющие
золотники, которые подают
равные порции масла в гидро-
моторы Z\ и Г2. При этом
валы гидромоторов поворачи-
ваются на такие же углы,
как и валы шаговых двигате-
лей, сообщая «шаговые» пере-
мещения резцу в требуемом
направлении.
Производительность стан-
ка с программным управле-
нием в 2—3 раза превышает
производительность токарно-
го станка 1К62, оснащенного
копировальным устройством.
Точность обработки на станке
1К62ПУ находится в преде-
лах 3 и 2а классов при шеро-
ховатости обработки не ни-
же уб.
В настоящее время ведут-
ся работы по созданию стан-
ков с числовым программным
Рис. XXIII.21. Координатно-сверлиль-
ный станок с программным управле-
нием и автоматической сменой инстру-
управлением, оснащенных	мента
устройствами для автомати-
ческой смены инструментов. Эти устройства отличаются боль-
шим разнообразием — от простейших револьверных головок
на 6—8 инструментов до автоматических многоярусных магазинов,
содержащих иногда свыше 100 инструментов. Создаются также
многопозиционные компоновки многооперационных станков *.
Такие многоцелевые станки обеспечивают полную автоматизацию
обработки при высокой концентрации операций и широкой универ-
сальности станка. На них можно выполнять операции, которые
* Такие станки называют «обрабатывающие центры».
589
свойственны многопозиционнои автоматической линии станков.
На рис. XXI 11.21 приведен внешний вид координатно-сверлиль-
ного станка с программным управлением и автоматической сменой
инструмента. Станок предназначен для сверления, зенкерования,
развертывания, нарезания резьбы метчиками, растачивания и фре-
зерования.
Станок оснащен фазово-импульсной числовой системой про-
граммного управления. Программы записываются на пятидоро-
жечной перфоленте. Программируются все перемещения, скорость
вращения шпинделя, выбор инструмента. В магазине размещается
28 инструментов. Для коррекции перемещения шпиндельной
головки после замены или переточки инструмента на станке имеется
штеккерная панель. Точность координатных перемещений стола
и салазок ±0,02 мм, шпиндельной головки ±0,1 мм.
На рис. XXIII.22 показан продольно-фрезерный станок 6305Ф4
с горизонтальным шпинделем, с числовым программным управле-
нием и инструментальным магазином Горьковского завода\ фре-
зерных станков. Станок предназначен для многооперационной
обработки корпусных деталей. Дисковый инструментальный мага-
зин объемом на 24 инструмента. Смена инструмента осуществляется
автоматически по программе. Станок снабжен круглым поворотным
столом. Перпендикулярность боковой поверхности к основанию
0,05 мм на длине 500 мм; соосность отверстий, расточенных с двух
противоположных сторон 0,05 мм на длине 500 мм; класс чистоты
обработки
Одесский завод прецизионных станков выпускает сверлильно-
фрезерно-расточные станки с числовым программным управлением
и автоматической сменой инструмента. На рис. XXIII.23 показан
сверлильно-фрезерно-расточный станок 243ВФ4. Станок бескон-
сольный с вертикальным шпинделем 1. Инструментальный магазин
2 барабанного типа на 30 инструментов. Смена инструментов произ-
водится автооператором (манипулятором) 3. Стол 4 может переме-
щаться в продольном направлении и вместе с салазками 5 — в по-
перечном направлении. Станок предназначен для получистового
и чистового фрезерования плоскостей, сверления, зенкерования,
растачивания, развертывания и нарезания резьб метчиками по
заданной программе. Программа записывается на восьмидорожеч-
ной перфоленте. Датчиками обратной связи служат фотоимпульс-
ные устройства. Пределы частот вращения шпинделя 40—
2500 об/мин. Пределы подач стола 3,15—2500 мм/мин. Точность
установки координат 12 мкм; некруглость обработанных отверстий
3 мкм; постоянство диаметра в продольном сечении 6 мкм; класс
чистоты обработки уб — \?7.
Принципиальная схема автооператора для автоматической
смены инструмента приведена на рис. XXII 1.24. Для смены инстру-
мента рычаг 1 поворачивается вокруг оси I — /, захватывает
инструмент магазина и получает осевое перемещение для извле-
чения инструмента из магазина. После этого включается поворот
590
Рис. XXIII.22. Продольно-фрезерный станок 6305Ф4 с гори-
зонтальным шпинделем, с числовым программным управле-
нием и инструментальным магазином
Рис. XXIII.23. Вертикальный сверлильно-
фрезерно-расточной станок 243ВФ4 с чи-
словым црограммным управлением и авто-
матической сменой инструмента
корпуса 2 вместе с рычагом 1 вокруг оси II — II. При этом ось
инструмента рычага 7 устанавливается параллельно оси шпинделя.
Рычагу 1 с инструментом сообщается поворот, при котором второй
конец рычага 1 захватывает инструмент шпинделя. Далее рычагу
с инструментами сообщается осевое перемещение вдоль оси I—I
для извлечения инструмента из шпинделя, затем поворот на 180°
и снова осевое перемещение в противоположном направлении для
постановки в шпиндель нового инструмента. После установки
и закрепления инструмента в шпинделе рычаг 1 получает движе-
ния, противоположные описанным выше для установки инстру-
мента, изъятого из шпинделя, в гнездо магазина. Все движения в ме-
Рис. XXIII.24. Схема автооператора для автоматической смены
инструмента
ханизме осуществляются от электродвигателя 3. Поворот рычага 1
вокруг оси I— I осуществляется кулачком 4, осевое перемещение —
кулачком 5, поворот корпуса 2 — кулачком 6 и рядом механиче-
ских передач. Принцип действия понятен из схемы.
На рис. XXIII.25 показан горизонтальный фрезерно-свер-
лильно-расточный станок 6906ВФ4 с крестовым поворотным столом,
числовым программным управлением и инструментальным мага-
зином. Станок предназначен для комплексной обработки корпус-
ных деталей с четырех сторон без переустановки. На станке можно
производить получистовое и чистовое фрезерование деталей из
чугуна, стали, цветных металлов и пластмасс.
Применение в станке следящей электроиндуктивной системы
отсчета координат, установка в приводах главного движения и
подач электродвигателей постоянного тока с широкоимпульсными
преобразователями, использование направляющих качения и шари-
ковых винтовых пар в сочетании с высокой жесткостью станка
592
обеспечивают высокую производительность и точность обработки.
Пределы частот вращения шпинделя 31,5—1600 об/мин, пре-
делы подачи стола 2,5—2500 мм/мин, класс чистоты обработки
v6 - v7.
Многоинструментальный горизонтально-расточный станок с
программным управлением и автоматической сменой инструмента
2А622Ф4 завода им. Я. М. Свердлова Ленинградского станкострои-
тельного объединения показан на рис. XXIII.26. Станок предна-
значен для четырехсторонней, обработки консольным инструментом
Рис. XXIII.25. Горизонтальный фрезерно-сверлильно-расточной
станок 6906ВФ4 с числовым программным управлением и ин-
струментальным магазином
крупных корпусных деталей (массой до 3 т). Он имеет неподвижную
переднюю стойку и встроенный поворотный стол с продольным
и поперечным перемещениями относительно оси (выдвижного)
шпинделя.
Высокоточные закаленные комбинированные направляющие
скольжения и качения, защищенные телескопическими щитками,
и шариковые винтовые пары качения обеспечивают получение
высоких скоростей позиционирования при длительном сохранении
первоначальной точности станка.
Главный привод и приводы подач имеют электродвигатели
постоянного тока с тиристорным управлением. Инструментальный
магазин цепного типа, вмещающий до 100 инструментов, установ-
лен на фундаменте рядом со станиной, что исключает влияние пере-
593
менного веса комплекта инструмента на точность обработки.
Время смены инструмента манипулятором составляет 8—10 с.
Программа записывается на восьмидорожечной перфоленте.
Пределы частот вращения шпинделя 6,3—1250 об/мин, пределы
подач 1,25—1250 мм/мин. Точность установки линейных коорди-
нат (на всей длине перемещения) 0,04 мм, класс чистоты обра-
ботки у 6.
Концентрация различных видов обработки на одном рабочем
месте, высокая степень автоматизации, малое вспомогательное
время и применение предварительно настроенных на размер
инструментов с автоматической сменой их позволяют повысить
Рис. ХХШ.26. Многоинструментальный горизонтально-расточной станок
2А622Ф4 с программным управлением и автоматической сменой инструмента
производительность станка в 3—4 раза по сравнению с универ-
сальными станками, при одновременном повышении качества
обработки.
Качественно новым этапом автоматизации в машиностроении
является создание систем централизованного управления комплек-
сами станков с ЧПУ от универсальной электронно-вычислительной
машины (ЭВМ) и является шагом к созданию полностью автомати-
зированных заводов.
На выставке «Станки 72» в Москве демонстрировался создан-
ный ЭНИМСом и заводом «Станкоконструкция» совместно с рядом
других заводов и НИИ автоматизированный участок АУ1 с груп-
повым программным управлением (рис. XXII 1.27) для комплекс-
ной механической обработки деталей типа тел вращения. В состав
участка входит десять станков с ЧПУ: фрезерно-центровальный
МР179Ф4 с инструментальным магазином на 36 инструментов;
два токарных центровых полуавтомата 1713ФЗ; два токарных полу-
автомата 1П71ФЗ с револьверной головкой на 5 инструментов; два
594
токарных патронно-центровых
полуавтомата 1715МФЗ с ма-
газинами по 8 инструментов;
вертикально-фрезерные стан-
ки МА655МФЗ и МА655ФЗ
(первый имеет магазин на
12 инструментов) и верти-
кально-сверлильный станок
2Р135Ф2 с шестипозицион-
ной револьверной головкой.
Рабочие органы станков
перемещаются посредством
высоко-скоростных электро-
гидравлических шаговых
приводов подач с шариковой
винтовой парой. Обеспечи-
вается автоматическое (по
программе) выполнение всех
технологических операций,
регулирование частот враще-
ния шпинделей, величин по-
дач, смены режущего ин-
струмента и др. Управление
работой участка по всему
производственному циклу
осуществляется электронной
вычислительной машиной
«Днепр».
На участке установлено
два интерполятора типа
УМС-2М, которые с помощью
коммутирующего устройства
могут подключаться непо-
средственно к системе управ-
ления станком и одновре-
менно к магнитофонному за-
писывающе - воспроизводяще-
му устройству типа «Кон-
тур-ЗМИ», которое установ-
лено возле каждого станка.
При управлении станка от
интерполятора производится
обработка первой детали и
одновременно запись про-
граммы на магнитную лен-
ту. Затем интерполятор от-
ключается, а обработка по-
следующих деталей проис-
[| 1Ф61НН\
ямдон]
Рис. XXIII.27. Автоматизированный участок АУ1 (вид в плане):
транспортно-накопительная система; 11 — электроштабелер; 111 — система инструментального обеспечения; IV — система группо-
вого ЧПУ на рабочих местах; V — пульт связи с диспетчером; VI — шкаф электрооборудования
595
ходит при управлении станка от магнитной ленты. После об-
работки детали магнитная лента перематывается в исходное
положение.
Участок рассчитан на обработку широкой номенклатуры дета-
лей с годовой производительностью около 100 000 шт. Внедрение
такого участка дает возможность значительно повысить произ-
водительность, увеличить коэффициент использования оборудо-
вания в 1,5 раза, сократить производственную площадь в 2 раза.
Глава XXIV
Станки для физико-химических методов
размерной обработки материалов
Развитие станков для физико-химических методов размерной
обработки материалов вызвано применением труднообрабатывае-
мых материалов и сложностью формы ряда деталей. Станки для
формообразования поверхностей деталей физико-химическими ме-
тодами относятся к четвертой группе. Так же как и обычные ме-
таллорежущие станки, они делятся на универсальные (общего
назначения), специализированные и специальные. В последние
годы в Советском Союзе освоен выпуск около 50 типоразмеров
станков для физико-химических методов обработки. В ближайшие
годы выпуск станков для физико-химических методов обработки
увеличится в несколько раз. Они наиболее эффективны при изго-
товлении таких изделий, как ковочные штампы, сложные пресс-
формы, турбинные лопатки,.фасонный твердосплавный режущий
и высадочный инструмент, электронная аппаратура и др.
Технико-экономическая эффективность применения физико-
химических станков возрастает с усложнением конфигурации обра-
батываемых деталей и снижением обрабатываемости материала ре-
занием: трудоемкость изготовления обычных фасонных поверх-
ностей снижается в 2—3 раза, сложных в 5—6 раз. Эти станки из-за
мелкосерийности производства дороги. Унификация основных эле-
ментов позволит применить принцип агрегатирования и ускорить
процесс их создания и снизить стоимость.
Станки для физико-химических методов обработки делятся на
следующие виды: электроэрозионные, электрохимические, ультра-
звуковые и лучевые. Лучевые станки получили пока наименьшее
развитие. Серийно выпускаются два типоразмера светолучевых
(лазерных) установок «Луч-1М» и «Квант-9» и электроннолучевая
установка с числовым программным управлением ЭЛУРО-П.
Все эти установки предназначены для обработки микроотверстий
(D 0,01 мм) и микропазов. Лазерная установка «Квант-9» при
черновом сверлении алмазных волок позволила увеличить произ-
водительность в 200 раз.
Наибольшее применение получили электроэрозионные, электро-
химические и ультразвуковые станки.
597
§ 1. Электроэрозионные (электроискровые) станки
Электроэрозионные станки наиболее широко применяются
среди физико-химических станков. Около 70% всего парка станков
составляют электроэрозионные (электроискровые) станки.
Электроэрозионные станки делятся на следующие разновид-
ности: 1) универсальные прошивочные станки (табл. XXIV.1);
2) универсальные станки (4531, 4532) для профильной обработки,
в которых электродом-инструментом является движущаяся про-
волочка; 3) специализированные обкатные станки (4730А и 4727)
для обработки кольцевых и винтовых ручьев переменного сечения
на прокатных валках и вальцовочных инструментах; 4) специаль-
ные многопозиционные электроэрозионные станки для обработки
форсунок, микродеталей радиоэлектронных приборов, клеймения
деталей и др.
Таблица XXIVЛ
Технические характеристики
электроэрозионных копировально-прошивочных станков
Характеристика	Модели станков				
	4Д720	4Д721	4Д723	4Д724	4Д726
Размеры стола в мм Наибольшее расстоя- ние от торца шпинделя до рабочей поверхности	125X200	200X360	400X630	800X1120	1250x2000
стола в мм	 Максимальная произ- водительность при обра-	200	320	600	800	1250
ботке сталей в мм3/мин Наибольший диаметр обработки в мм	 Шероховатость поверх- ности на чистовых режи-	200 20	1500 40	4000	7000	10 000
мах (класс)	 Точность обработки в	6—8	6-7	5—6	4—5	3—5
мм	 Габаритные размеры станка в мм (длина X ши-	0,01—0,02	0,03—0,05	0,07-0,1	0,15—0,2	0,5—0,8
рина X высота) 		870 X Х745Х Х1590	1100 X Х1060Х Х1950	1650 X Х1300Х Х2900	2500 X Х1300Х Х3500	5000 X Х5395 X Х4540
Современные электроэрозионные станки комплектуются полу-
проводниковыми генераторами, обеспечивающими повышение про-
изводительности на получистовых и чистовых режимах в 2—3 раза.
Станки оснащаются устройствами, для очистки рабочей жидкости
и стабилизации процесса, приспособлениями, повышающими тех-
нологические возможности станков и точность обработки.
Универсальные электроэрозионные станки делятся на копиро-
вально-прошивочные и координатно-прошивочные станки. Пер-
598
вые — нормальной точности, вторые — повышенной точности и
прецизионные станки. В этих станках формообразование деталей
происходит при поступательном перемещении электрода-инстру-
мента. В некоторых станках для ускорения процесса и удаления
частиц эрозии электроду-инструменту сообщают низкочастотные
вибрации (100 Гц).
Универсальные электроэрозионные станки обычно имеют вер-
тикальную компоновку и содержат следующие основные узлы
(рис. XXIV.1): корпус 7, в котором размещают генератор импуль-
сов и другое электрооборудование, станину 2, рабочий стол 5,
ванну 4 для рабочей жидкости, продольный и поперечный суппорты
5 и 6, автоматический регулятор подач 7, сообщающий вертикаль-
ные перемещения электроду-инструменту 8. Подъем и опускание
ванны 4 для погружения детали 9 производятся при помощи элект-
родвигателя. Для обработки наклонных отверстий суппорт 5
можно повернуть вокруг горизонтальной оси на необходимый
угол.
В Советском Союзе разработаны и широко применяются станки
для электроэрозионной профильной обработки движущейся тонкой
проволочкой. Разработано несколько типоразмеров проволочных
станков, в том числе и с программным управлением.
Электроэрозионный станок 4531П предназначен для обработки
по программе сложноконтурных деталей из твердых сплавов и дру-
гих электропроводящих материалов: рабочих элементов вырубных
штампов, копиров, шаблонов, фасонных резцов и других сложных
деталей единичного и мелкосерийного производства. Ширина реза
0,1—0,3 мм, точность обработки ±0,02—0,05 мм. Станок состоит
из двух блоков. В одном находится механическая часть станка,
установленная на тумбе, в которой размещены генератор импуль-
сов, блок усилителей шаговых двигателей, схема питания двига-
телей перемотки и натяжения проволоки. Управление координат-
ными перемещениями осуществляется разомкнутой шаговой сис-
темой программного управления (СПУ), расположенной во втором
блоке. Программоноситель — перфолента шириной 35 мм.
В обычных металлорежущих станках с программным управле-
нием величина подачи выбирается заранее и задается программой.
В электроэрозионных станках величина подачи зависит от интен-
сивности процесса и во время обработки регулируется автомати-
чески. Поэтому в электроэрозионном станке СПУ должна не только
обеспечивать движение электрода-инструмента по заданной траек-
тории, но и осуществлять автоматическое регулирование скорости
этого движения. Регулирование величины подачи в станке 4531П
осуществляется автоматически в зависимости от интенсивности
процесса эрозии и содержит реверсивный регулятор для осущест-
вления отвода и подвода электрода по пройденной траектории.
В станке используется линейно-эллиптическая интерполяция при-
ращений координат, т. е. за один кадр программы может обраба-
тываться отрезок прямой, дуга окружности или эллипса.
599
Блок-схема системы программного управления показана на
рис. XXIV.2. Записанная на перфоленте программа считывается
по кадрам считывающим устройством СУ При обработке отрезка
прямой импульсы т от генератора Г через ключ К поступают на
вход двух умножителей. В умножителях координаты двух отрезков
Az и ку умножаются на числа, пропорциональные величинам Az
и Аг/. В каждый момент времени число импульсов на выходах
умножителей пропорционально заданным приращениям коорди-
Рис. XXIV.1.	Универсальный
электроэрозионный станок
Рис. XXIV.2. Блок-схема про-
граммного управления станка
для обработки проволочкой
4531П
нат: x==-rx и у = где ““ емкость умножителей. Далее
импульсы поступают в коммутаторы КШг и которые управ-
ляют шаговыми двигателями Д1 и Д2. Двигатели перемещают
обрабатываемую деталь и электрод, осуществляя движение по
заданной прямой. Когда на вход умножителей поступит число
импульсов, равное их емкости, то количество импульсов, поступаю-
щих в коммутаторы КШГ и КШ2, будет равно заданным прираще-
ниям координат (х = Az; у = Аг/) и обработка закончится. Регу-
лирование величины подачи осуществляется датчиком обратной
связи ДОС, который непрерывно измеряет пробивное напряжение
на промежутке и периодически открывает и закрывает ключ К.
Когда это напряжение выше заданного, ключ К открыт и импульсы
от генератора Г поступают в шаговые двигатели, производя под-
вод. Если напряжение на промежутке равно заданному, то ключ К
600
закрыт и двигатели неподвижны до тех пор, пока напряжение снова
не повысится. Память отвода ПО служит для отвода электрода
по пройденной траектории Когда напряжение на промежутке
падает ниже заданного или возникает короткое замыкание, датчик
ДОС закрывает ключ К и включает память отвода таким образом,
что из нее в коммутаторы КША и KILL поступают импульсы в по-
рядке, обратном заполнению памяти ПО. Двигатели Дг и Д2 вра-
щаются в обратном направлении, осуществляя отвод по пройден-
ной траектории. Число импульсов отвода запоминается. При вос-
становлении напряжения на промежутке вначале происходит
подвод инструмента (на число импульсов отвода), затем включается
ключ К и продолжается дальнейшая работа системы по программе.
При обрыве проволоки датчик обрыва проволоки ОП выключает
ключ К и останавливает работу системы.
При обработке дуги окружности ключ К переключается
таким образом, что от генератора Г импульсы т поступают в блок
круговой интерполяции .В него же от программы записываются дан-
ные о начальной и конечной точках обрабатываемой дуги. В блоке
круговой интерполяции находится постоянная память, в которой
записаны взятые через один градус приращения координат опор-
ных точек окружности. Между двумя соседними точками движение
идет по хорде и обрабатываемая окружность аппроксимируется
360-угольником.
' Станок работает по полуавтоматическому циклу. Оператор
закрепляет заготовку, устанавливает перфоленту в считывающее
устройство, включает блок программного управления и снимает
изделие в конце обработки. Подготовка программы заключается
в составлении технологического чертежа, определении исходных
размеров для программирования, составлении программы по кад-
рам, нанесении ее на перфоленту и контроле. Технологический
чертеж выполняется на основе рабочего чертежа обрабатываемого
контура с учетом диаметра применяемого электрода-проволоки d,
зазора S (зависящего от свойств обрабатываемого материала и ре-
жимов обработки) и припуска h на доводку. Траектория движения
центра проволоки представляет собой эквидистанту, удаленную от
номинального контура на расстояние у + 6 + Программа
обработки записывается в таблицу, куда вносятся все данные,
подлежащие записи на перфоленту. Все числа (приращения коор-
динат, радиусы и углы) пробиваются на перфоленте в двоично-
десятичном коде. Трудоемкость подготовки программы зависит от
сложности профиля детали и составляет 3—10 ч.
§ 2. Электрохимические станки
Электрохимические станки делятся на следующие разновид-
ности:
1	Универсальные электрохимические копировально-проши-
вочные станки (табл. XXIV.2).
601
Таблица XXIV.2
Технические характеристики универсальных электрохимических станков
Характеристика	Модели станков		
	4422	4423	1	4424
Максимальный ток вы- прямителя в А			5000	
Размеры стола в мм . . .	250 X 400	400X630	630X1000
Максимальная площадь обрабатываемой поверхно- сти в см2		150	300	600
Максимальная произво- дительность по стали в см3/мин		6	15	25
Шероховатость поверхно- сти (класс)		6-9	5-9	6-9
Точность обработки в мм	± 0,1—0,2	± 0,15—0,25	± 0,15—0,3
Максимальное давление электролита в атм (МПа)	—	16	
Площадь, занимаемая станком с комплектующими агрегатами, в м2		16	30	46
2.	Универсальные электрохимические станки для обработки
движущейся проволочкой (станок 4429).
3.	Станки для электрохимической заточки твердосплавных
инструментов (резцов, фрез и сверл) абразивными и алмазными
кругами с электропроводящей связкой.
4.	Электрохимические плоско-, круглошлифовальные и хонин-
говальные станки.
5.	Анодно-механические стайки для разрезки заготовок диском
(4А820) и лентой (4А822 и 4850).
6.	Специализированные электрохимические станки для обра-
ботки лопаток турбины и компрессора.
7.	Специальные электрохимические станки и установки (для
снятия заусенцев — БЛУЗ-З, 44080Д, 4420Д; для обработки фасон-
ных поверхностей тел вращения, клеймения деталей — ЭХМ-2
и др.).
Коррозионный характер растворов, применяемых при электро-
химической обработке, накладывает жесткие ограничения на выбор
материалов: открытые детали, трубопроводы и резервуары необ-
ходимо выполнять из антикоррозийных материалов — нержа-
веющих сталей, гранита и пластиков. Срок службы электрохими-
ческих станков увеличивается при использовании отсасывающих
устройств для удаления из зоны обработки паров электролита.
Современный электрохимический станок представляет собой
комплекс оборудования, включающий собственно станок, источник
питания, системы контроля и регулирования важнейших пара-
метров процесса, а также системы хранения, охлаждения, очистки
и подачи электролита.
602
Рис. XXIV.3. Универсальный электро-
химический станок 4423
Станки для электрохимической размерной обработки в проточ-
ном электролите состоят из четырех основных агрегатов: 1) источ-
ника энергии — мощного выпрямителя; 2) электрохимической ячей-
ки, в которой происходит анодное растворение обрабатываемого ма-
териала; 3) системы прокачки электролита с устройствами для тер-
мостабилизации и очистки электролита; 4) системы подачи катода,
поддерживающей постоянную величину межэлектродного зазора.
На рис. XXIV.3 показан универсальный копировально-про-
шивочный электрохимический станок 4423 для изготовления штам-
пов, пресс-форм, литейных
форм, а также для обработки
отверстий и полостей различ-
ной формы в деталях из
труднообрабатываемых спла-
вов. Станок содержит меха-
ническую часть, бак для
электролита, насосную уста-
новку для подачи электро-
лита в рабочую камеру и для
откачки его, фильтр для
очистки и холодильную уста-
новку для стабилизации тем-
пературы электролита, источ-
ник питания постоянного то-
ка, систему вентиляции ра-
бочей камеры и систему
подачи углекислого газа в
рабочий зазор. В станке
предусмотрено автоматиче-
ское регулирование межэлек-
тродного зазора по основ-
ному рабочему параметру —
плотности тока на аноде.
Наибольшее применение
в Советском Союзе и за рубе-
жом получили специализиро-
ванные электрохимические
станки для обработки турбинных лопаток. Применяются кон-
струкции станков с горизонтальным и вертикальным расположе-
нием катодов и с различными схемами автоматической подачи ка-
тодов. На рис. XXIV.4 показана компоновка электрохимической
установки на базе полуавтомата ЭХО-1, в котором катоды рас-
положены горизонтально.
Электрохимические станки-полуавтоматы, осуществляющие
одновременную обработку корыта и спинки турбинных лопаток
из жаропрочных сплавов, по сравнению с обработкой резанием,
уменьшают трудоемкость обработки в 6 раз и дают значительный
технико-экономический эффект.
603
Для расширения областей применения электрохимических
станков необходимо решить следующие задачи:
1.	Разработать методики проектирования катодов, обеспечи-
вающих равномерный поток электролита в рабочем зазоре.
Рис. XXIV.4. Электрохимическая установка для обработки турбинных ло-
паток: ,
1 — станок-полуавтомат ЭХО-1; 2 — источник питания (выпрямитель); 3 — ванны для
электролита (емкостью 1,7 м3); 4 — центробежный насос для подачи электролита (40—
70 м3/ч) в рабочую зону; 5 — центрифуга для очистки электролита; 6 — бачок с насосами
для перекачивания электролита
2.	Создать типовые составы электролитов для получения высо-
кой производительности, точности и качества поверхностного слоя.
3.	Разработать фильтры для работы на малых межэлектродных
зазорах.
4.	Получить составы изолирующих покрытий для нерабочих
поверхностей катодов.
5.	Автоматизировать процесс обработки.
§ 3. Ультразвуковые станки
Для ультразвуковой обработки хрупких материалов применяют
станки с мощностью генераторов от 0,05 до 4 кВт, которые делятся
на переносные малогабаритные установки и стационарные ультра-
звуковые станки.
Наибольшее применение получили стационарные ультразвуко-
вые станки. В табл. XXIV.3 приведены технические характери-
стики универсальных ультразвуковых станков.
Универсальный ультразвуковой станок состоит из генератора,
акустической головки (обычно с магнитострикционным преобразо-
вателем), механизмов подачи головки и создания статической на-
грузки инструмента на деталь, стола для закрепления заготовок,
системы подвода абразивной суспензии, устройства для измерения
глубины обработки. На рис. XXIV.5 показана кинематическая
604
Таблица XXIV. 3
Технические характеристики ультразвуковых станков
Характеристика	Модель станков				
	4770	4771	4772А	.4Б772	4Б773
Мощность генератора в кВт . 		 Рабочая частота в кГц Наибольший диаметр обработки в мм	 Размеры стола в мм Производительность в мм3/мин при обработке: стекла	 твердого сплава . . . Точность обработки в мм	 Габаритные размеры станка в мм		0,4 18 15 125X165 До 300 До 8 ± 0,04 500 X Х380Х Х550	0,4 18 15 0 250 До 1300 До 20 ± 0,025 1200Х Х750х Х1875	1,6 22 80 0 300 До 4000 До 50 ± 0,025 1360 X Х1060Х Х2080	1,6 22 80 0 300 До 4000 400 ± 0,025 1360 х Х1060Х Х2080	4,0 18 100 0 320 9000 1000 ± Q,025 1500 X Х1300Х Х2200
схема настольного ультразвукового станка 4770. Литая станина
несет координатный стол и каретку. На ползушке 1 каретки смон-
тирована акустическая головка. Вертикальная подача каретки
Рис. XXIV.5. Схема ультразвукового станка .4770
605
осуществляется при помощи асинхронного двигателя 2, колес z3,
z4 и рейки 9. Для облегчения работы электродвигателя поставлен
противовес 5, укрепленный на ленте 4. Лента намотана на барабан5
валика 6 ручной подачи. Двигатель развивает крутящий момент,
зависящий от величины напряжения, регулируемого потенцио-
метром. Двигатель обеспечивает как быстрые (установочные) пере-
мещения, так и силу подачи РСт Для периодического подъема
и опускания инструмента применено реле времени, а плавность
подвода инструмента к детали обес-
печивается гидравлическим демпфе-
ром, цилиндр 7 которого крепится
к корпусу каретки, а шток 8 к пол-
зушке. Генератор и насос для подачи
абразивной суспензии выполнены в
виде отдельных блоков.
Рис. XXIV.7. Ультразвуковой
станок мод. 4Б772
Рис. XXIV.6. Принципиальная схема
станка 4Б772
На базе станка 4770 разработан прецизионный станок 4771
с прокачкой и вакуумным отсосом абразива.
В ультразвуковых станках 4Б772 и 4Б773 используется разра-
ботанный в МАИ способ, основанный на совмещении ультразву-
кового и электрохимического методов, который наиболее эффекти-
вен при обработке деталей из твердых сплавов. В станках применен
разработанный ЭНИМСом способ подвода абразивной суспензии
под давлением около 4 атм (0,39 МПа). На рис. XXIV.6
и XXIV.7 показаны принципиальная схема и общий вид ультра-
звукового станка 4Б772. Инструмент 1 крепится к волноводу 2
магнитострикционной головки 3. Головка перемещается по направ-
ляющим качения и прижимает инструмент к обрабатываемой де-
тали 4 со статической силой Рст, регулируемой противовесом, ко-
торый перемещается по коромыслу 5. Нагнетание электролита из
606
бака 10 в инструмент 1 или деталь 4 осуществляется при помощи
насоса 8 через распределительный кран 7 Из рабочей зоны элект-
ролит поступает в ванну стола, а оттуда в приемный бак 11. При
обработке твердых сплавов в качестве электролита используется
10—15%-ный водный раствор азотнокислого калия, а вместо кар-
бида бора можно применять более дешевый абразив — карбид
кремния. Глубина обработки регистрируется индикатором 6.
Станок 4Б772 комплектуется двумя отдельно выполненными
блоками — ультразвуковым генератором УЗГ-5-1,6 и выпрямите-
лем 9 мощностью 3,5 кВт.
В Советском Союзе, кроме универсальных, применяются
специализированные ультразвуковые станки: 4770А и МЭ-46
для обработки полупроводников; УЗА-1 и МЭ-22 для обработки
алмазных волок; УРП-1 для ультразвуковой обработки проволоч-
кой диодных матриц и др. Для обработки полупроводниковых ма-
териалов за рубежом разработаны четырех-, восьми-, девяти-
и десятипозиционные ультразвуковые станки.
Для нарезания резьбы метчиками в труднообрабатываемых ма-
териалах с воздействием ультразвука разработаны специализи-
рованные станки с магнитострикционными и пьезокерамическими
преобразователями, а также ультразвуковые головки, которые
можно устанавливать на обычных фрезерных, вертикально- и ра-
диально-сверлильных станках.
Список литературы
1.	Агурский М. С. Числовое программное управление станками. М.,
«Машиностроение», 1966, 380 с.
2.	Ачеркан Н. С. Металлорежущие станки. Т. 1 и 2. М., «Машинострое-
ние», 1965, 764 с., 628 с.
3.	Баклунов Е. Д. Протяжки. М., Машгиз, I960., 168 с.
4.	Барун В. А., Будинский А. А. Станки с программным управлением
и программирование обработки. М. — Л., «Машиностроение», 1965, 244 с.
5.	Богуславский Б. Л. Токарные автоматы и полуавтоматы. М., Машгиз,
1958, 596 с.
6.	Владзиевский А. П. Автоматические линии в машиностроении. Т. 1
и II. М., Машгиз, 1958, 340 с.
7.	Вульф А. М. Резание металлов. М., Машгиз, 1963, 428 с.
8.	Грановский Г. И., Трудов IL П. Резание металлов. М., Машгиз,
1954, 472 с.
9.	Головачев В. А. Электрохимическая размерная обработка деталей
сложной формы. М., «Машиностроение», 1969., 200 с.
10.	Даниелян А. М. Обработка резанием жаропрочных сталей, сплавов
и тугоплавких металлов. М., «Машиностроение», 1965, 308 с.
11.	Егоров С. В., Червяков А. Г. Руководство к лабораторным работам
по курсу «Резание конструкционных материалов и режущий инструмент».
Редиздат МАИ, 1971, 196 с.
12.	Загурский В. И. Прогрессивные способы обработки резьбы. M.j
Машгиз, 1960, 164 с.
13.	Зорев Н. Н., Фетисова 3. М. Обработка резанием тугоплавких
сплавов. М., «Машиностроение», 1966, 228 с.
14.	Зусман В. Г., Шраго Л. К. Цикловое программное управление
металлорежущими станками. М., «Машиностроение», 1971, 161 с.
15.	Ипполитов Г. М. Абразивно-алмазная обработка. М., «Машино-
строение», 1969, 336 с.
16.	Инструмент, порошки и пасты из синтетических алмазов. Под ред.
Бакуля В. Н. Киев, «Техника», 1971, с. 14.
17.	Карцев С. П. Резьбонарезной инструмент. М., Машгиз, 1959, 100 с.
18.	Кедринский В. Н., Писманик К. М. Станки для обработки коничес-
ких зубчатых колес. М., «Машиностроение», 1967, 260 с.
19.	Костецкий Б. И., Колесниченко Н. Ф. Качество поверхности и тре-
ние в машинах. Киев, «Техника», 1969, 275 с.
608
20.	Кривоухов В. А. Обрабатываемость резанием жаропрочных и тита-
новых сплавов. М., Машгиз, 1961, 244 с.
21.	Кривоухов В. А., Петруха П. Г. и др. Резание конструкционных мате-
риалов, режущие инструменты и станки. М., «Машиностроение», 1967,
655 с.
22.	Кудинов В. А. Динамика станков. М., «Машиностроение», 1967,
260 с.
23.	Кучер И. М. Металлорежущие станки. Л., «Машиностроение»,
720 с. 1969.
24.	Лазаренко Б. Р., Лазаренко Н. И. Электрическая эрозия металлов
Т. I и II. М., Госэнергоиздат, 1944 и 1946, 486 с.
25.	Макаров А. Д. Износ и стойкость режущих инструментов. М., «Ма-
шиностроение», 1966, 264 с.
26.	Макклинток К. Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов,
М., «Мир», 1970, 496 с.
27.	Марков А. И. Ультразвуковое резание труднообрабатываемых
материалов. М., «Машиностроение», 1968, 367 с.
28.	Матюшин В. М. Зубодолбление. М., Машгиз, 1953, 184 с.
29.	Новиков М. Л. Зубчатые передачи с новым зацеплением. М., Машгиз,
1958
30.	Общемашиностроительные нормативы режимов резания. Ч. I и II.
М., «Машиностроение», 1967, 412 с., 200 с.
31.	Общемашиностроительные нормативы режимов резания на шлифо-
вальных и доводочных станках. М., «Машиностроение», 1967, 245 с.
32.	Петруха П. Г., МякишевМ. А. Руководство к лабораторным работам
по курсу «Металлорежущие станки». М., Редиздат МАИ, 1968, 152 с.
33.	Подураев В. Н. Обработка резанием с вибрациями. М., «Машиностро-
ение», 1970, 352 с.
34.	Развитие науки о резании металлов. М., «Машиностроение», 1967.
Редакционная коллегия Н. Н. Зорев, (председатель), Г. И. Грановский,
М. Н. Ларин, Т. Н. Лоладзе, И. П. Третьяков.
35.	Ратмиров В. А., Чурин И. Н. Повышение точности и производитель-
ности станков с программным управлением. М., «Машиностроение», 1970,
344 с.
36.	Резников А. Н. Теплофизика резания металлов. М., «Машинострое-
ние», 1969, 288 с.
37.	Савенко Г. Г., Егерман Б. Г. Станки-автоматы, автоматические
линии. М., «Высшая школа», 1969, 301 с.
38.	Семенченко И. И. Проектирование металлорежущих инструментов.
М., Машгиз, 1963, 952 с.
39.	Станкостроение Советского Союза. Под редакцией А. П. Владзиев-
ского. М., «Машиностроение», 1967, 100 с.
40.	Суминов В. М. Обработка деталей лучом лазера. М., «Машинострое-
ние», 1969, 196 с.
41.	Тепинкичиев В. К. Металлорежущие станки. М., «Машиностроение»,
1970, 464 с.
42.	Федотенок А. А. Кинематическая структура металлорежущих
станков. М.д «Машиностроение»1 1970, 408 о.
609
43.	Фрайфельд Н. А. Инструменты, работающие методом обкатки.
М., Машгиз, 1948, 252 с.
44.	Харизоменов И. В. Электрооборудование и электроавтоматика
металлорежущих станков. М., «Машиностроение», 1964., 328 с.
45.	Худобин Л. В. Смазочно-охлаждающие средства, применяемые при
шлифовании. М., «Машиностроение», 1971. 215 с.
46.	Цвис Ю. В. Профилирование режущего обкатного инструмента. М.,
Машгиз, 1961, 156 с.
47.	Щеголев А. В. Конструирование протяжек. М., Машгиз, 1963.
48.	Ящерицин П. И. Технологическая наследственность и эксплуата-
ционные свойства деталей. Минск. «Наука и техника», 1971, 342 с.
Оглавление
Введение. (П. Г. Петруха)........................................ 3
РАЗДЕЛ I
РЕЗАНИЕ И РЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ
Глава	I. Инструментальные	материалы (А. Г. Червяков)......	10
§ 1.	Инструментальные	стали................................ 10
§ 2.	Твердые сплавы........................................ 12
§ 3.	Алмазы................................................ 14
Глава II. Физические основы процесса резания конструкционных
материалов \(В. А, Кривоухов'\, П. Д. Беспахотный,
А. И. Марков)................................................... 15
§ 1.	Основные понятия и определения.......................  15
§ 2.	Физические явления, возникающие при резании........... 17
§ 3.	Деформирование и разрушение материалов при резании 20
§ 4.	Тепловые явления и методы оценки температуры в зоне
резания.................................................... 36
§ 5.	Физические явления в зоне контакта инструмента и обра-
батываемого материала...................................... 44
§ 6.	Смазка и охлаждение при	резании материалов............ 52
§ 7.	Основные сведения о вибрациях при резании конструкци-
онных материалов........................................... 58
Глава III. Точение (Б. Е. Бруиипейн, А, Г, Червяков,
|С. В. Егоров)\ ............................................... 64
§ 1.	Части и элементы токарного резца..................... 64
§ 2.	Поверхности и координатные плоскости при резании то-
карными резцами............................................ 65
§	3.	Геометрические элементы режущей части резца......... 67
§	4.	Типы резцов......................................... 74
§	5.	Элементы режима резания	при точении................. 92
§	6.	Геометрия срезаемого слоя	при точении............... 94
§	7.	Силы резания при точении............................ 96
§ 8.	Влияние различных факторов на силы резания при точе-
нии ....................................................... 99
611
§ 9.	Износ резцов и критерии затупления...................... 103
§ 10.	Влияние различных факторов на стойкость инструментов 105
§ 11.	Повышение производительности точения и выбор режима
резания при работе на токарных станках...................... 112
Глава IV. Строгание и долбление. (А. Г. Червяков, |6*. В. Егоров})	118
§ 1.	Элементы режима резания и силы резания при строгании	118
§ 2.	Строгальные и долбежные резцы............................ 120
Глава V. Сверление, зенкерование и развертывание (Б. Е. Бруш-
тейн, А. Г. Червяков) ........................................... 122
§ 1.	Конструкция и геометрические параметры спирального
сверла ..................................................... 122
§	2.	Элементы режима резания при	сверлении............... 127
§	3.	Особенности процесса резания	при сверлении............. 128
§	4.	Силы резания при сверлении............................. 129
§	5.	Износ и стойкость сверл................................ 132
§	6.	Выбор элементов режима резания при сверлении.......	136
§	7.	Типы сверл............................................. 140
§	8.	Зенкерование и развертывание	.................... 147
§ 9.	Элементы режима резания, силы и скорость резания при
зенкеровании и развертывании................................ 149
§ 10.	Типы зенкеров и разверток............................... 154
Глава	VI. Фрезерование (Б. Е. Брушпгейн, А. Г. Червяков) . . .	160
§ 1.	Геометрические элементы режущей части фрезы............ 160
§ 2.	Элементы режима резания при фрезеровании............... 164
§ 3.	Особенности процесса резания при фрезеровании........	172
§ 4.	Сила резания и мощность при фрезеровании................. 174
§ 5.	Износ фрез..............’...............................  177
§ 6.	Режимы резания при фрезеровании и стойкость фрез ...	179
§ 7.	Типы фрез..............................................   181
Глава VII. Протягивание (Л. Г. Червяков) .......................... 192
§ 1.	Элементы режима резания при протягивании................. 193
§ 2.	Основные части и геометрические параметры круглой про-
тяжки ...................................................... 195
§ 3.	Силы резания при протягивании...................... 198
§ 4.	Типы протяжек ..........................................  199
§ 5.	Схемы резания при протягивании..................... 206
§ 6.	Износ, стойкость и скорость резания при протягивании	207
Глава VIII. Нарезание зубчатых колес {А. Г. Червяков) ....	211
§ 1.	Зубофрезерование дисковыми и пальцевыми фрезами	.	.	.	*212
§ 2.	Нарезание зубчатых колес зубодолбежными головками	.	.	.	213
§ 3.	Нарезание цилиндрических колес червячными фрезами	214
§ 4.	Червячные фрезы.................................... 216
§ 5.	Зубодолбление...................................... 225
§ 6.	Долбяки ................................................. 228
§ 7.	Нарезание зубчатых колес гребенками и резцами........	233
§ 8.	Зуботочение........................................ 236
612
§ 9.	Шевингование ........................................ 237
Глава IX. Нарезание и накатывание резьбы (А. Г. Червяков) 241
§ 1.	Нарезание резьбы резцами, гребенками и резцовыми голов-
ками ..................................................... 241
§ 2.	Нарезание	резьбы	фрезами........................... 246
§ 3.	Нарезание	резьбы	метчиками.......................... 249
§ 4.	Плашки и	резьбонарезные головки..................... 254
§ 5.	Накатка резьбы ...................................... 257
Глава X. Абразивная обработка (А. И. Марков, 16*. В. Егоров)	260
§ 1.	Абразивные инструменты и их характеристики........... 261
§ 2.	Виды шлифования.....................................  267
§ 3.	Абразивно-ленточное шлифование....................... 270
§ 4.	Отделочные методы абразивной обработки............... 272
§ 5.	Процесс резания при шлифовании....................... 276
§ 6.	Силы резания при шлифовании.......................... 278
§ 7.	Тепловые явления при шлифовании и влияние их на ка-
чество поверхностного слоя................................ 280
§ 8.	Износ и стойкость абразивных инструментов............ 282
§ 9.	Основные рекомендации по выбору абразивного инстру-
мента и назначению режимов шлифования...................... 285	'
Глава XI. Физико-химические ,методы размерной обработки
(А. И, Марков)................................................. 288
§ !•-	Электроэрозионная обработка......................... 289
§ 2.	Электрохимическая обработка ......................... 292
§ 3.	Ультразвуковая обработка ............................ 296
§ 4.	Электронно-лучевая и лазерная обработка............;	299
РАЗДЕЛ п
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ
Глава XII. Общие сведения о станках (17. Г, Петр у ха)........	305
§ 1.	Классификация станков................................ 305
§ 2.	Классификация движений в станках..................... 309
§ 3.	Кинематические схемы станков, их анализ	и	настройка 310
§ 4.	Способы подбора сменных зубчатых колес	и	условия сце-
пляемости 	 317
Глава XIII. Приводы станков (П, Г, Петру ха)................... 323
§ 1.	Общие сведения ...................................... 323
§ 2.	Ступенчатые приводы станков ......................... 324
§ 3.	Электрическое регулирование скорости	движения-......	329
§ 4.	Гидравлический привод................................ 334
§ 5.	Механические бесступенчатые приводы.................. 345
§ 6.	Типовые механизмы приводов станков................... 348
Глава XIV. Токарные станки (М, А. Мякишев)..................... 354
§ 1.	Токарно-винторезные станки.......................  .	355
§ 2.	Копировальные устройства............................. 362
§ 3.	Токарно-револьверные станки.......................... 368
613
§ 4.	Токарно-лобовые и токарно-карусельные станки......... 373
§ 5.	Токарные автоматы и полуавтоматы..................... 376
Глава XV. Сверлильные и расточные станки (М. А. Мякишев) 393
§ 1.	Вертикально-сверлильные станки ...................... 394
§ 2.	Радиально-сверлильные станки......................... 396
§ 3.	Горизонтально-расточные станки....................... 398
§ 4.	Координатно-расточные и алмазно-расточные станки . . .	401
Глава XVI. Фрезерные станки (Л. Д. Чубаров)................... 407^
§ 1;	Консольно-фрезерные станки............................ 407
§ 2.	Копировально-фрезерные станки......................... 417
§ 3.	Продольно-фрезерные, карусельно-фрезерные и барабан-
но-фрезерные станки....................................... 424
Глава XVII. Строгальные, долбежные и протяжные станки
(Л. Д. Чубаров)................................................ 429
§ 1.	Строгальные станки.................................... 429
§ 2.	Долбежные станки...................................... 438
§ 3.	Протяжные станки...................................... 442
Глава XVIII. Резьбообрабатывающие станки (/7. Г. Петруха) 446
§ 1.	Резьбофрезерные станки................................ 447
§ 2.	Резьбонакатные станки................................. 455
§ 3.	Гайконарезные станки.................................. 456
§ 4.	Резьбошлифовальные станки............................. 457
Глава XIX. Зубообрабатывающие станки (П. Г. Петруха) . . .	462
§ 1.	Зубодолбежные станки ................................ 463
§ 2.	Зубофрезерные станки................................. 470
§ 3.	Станок МА5382 для зуботочения........................ 478
§ 4.	Зубострогальные станки для нарезания конических колес
с прямыми зубьями......................................... 480
§ 5.	Станки для нарезания конических зубчатых колес с круго-
выми зубьями ............................................. 492
§ 6.	Зубоотделочные станки	................................ 500
Глава XX. Агрегатные станки (Я. Г, Петруха).................... 509
§ 1.	Основные сведения..................................... 509
§ 2.	Силовые головки....................................... 512
§ 3.	Шпиндельные коробки	и	насадки...................... 518
§ 4.	Переналаживаемые агрегатные	станки.................... 520
Глава XXI Автоматические станочные линии (Я. Г. Петруха) 523
§ 1.	Общие сведения ....................................... 523
§ 2.	Классификация автоматических	линий.................. 524
§ 3.	Примеры автоматических линий.......................... 529
§ 4.	Ориентировочный расчет производительности автомати-
ческой линии ............................................. 533
Глава XXII. Станки для абразивной обработки (П. Г. Петруха) 536
§ 1.	Круглошлифовальные станки............................. 536
§ 2.	Внутришлифовальные станки............................. 540
614
§ 3.	Бесцентровые круглошлифовальные станки............. 544
§ 4.	Плоскошлифовальные станки.......................... 548
§ 5.	Ленточно-шлифовальные станки	...................... 555
§ 6.	Хонинговальные и доводочные	станки................. 559
§ 7.	Станки для заточки режущего	инструмента............ 564
Глав,а XXIII. Программное управление станками (Z7. Г. Петру ха)	566
§ 1.	Общие сведения о программном управлении............ 566
§ 2.	Классификация систем программного управления......	567
§ 3.	Программоносители; устройства для записи и ввода про-
грамм .................................................  569
§ 4.	Кодирование программы.............................. 573
§ 5.	Подготовка программ для станков с числовым управлением 577
§ 6.	Примеры станков с программным управлением.......... 579
Глава XXIV. Станки для физико-химических методов размерной
обработки материалов (А. И. Марков)......................... 597
§ 1.	Электроэрозионные (электроискровые)	станки......... 598
§ 2.	Электрохимические станки .........................’	601
§ 3.	Ультразвуковые станки.............................. 604
Список литературы ........................................... 608
РЕЗАНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
РЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ И СТАНКИ
Под общей редакцией П. Г. Петрухи
Редактор издательства Л. И. Воронина
Технический редактор А. Ф. Уварова
Корректор И. М. Борейша
Переплет художника Е. В. Бекетова
Сдано в набор 11/Х 1973 г. Подписано к печати
15/Ш 1974 г. Т-04474. Формат 60х90’Лб. Бумага
тип. Ка 3. Усл. печ. л. 38,5. Уч.-изд. л. 39,1. Ти-
раж 30 000 экз. Заказ 1074. Цена 1 р. 58 к.
Издательство «Машиностроение»
Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., 3
Ордена Трудового Красного Знамени Ленин-
градская типография № 1 «Печатный Двор»
имени А. М. Горького Союзполиграфпрома при
Государственном комитете Совета Министров
СССР по делам издательств, полиграфии и
книжной торговли. 197136, Ленинград, П-136,
Гатчинская ул., 26.
ЗсадЬу
mynog
р. 58 к
OJ/aXig j